É comum que os poços de produção geotérmica sofram com a incrustação durante a operação, o que pode reduzir drasticamente a produção ou interrompê-la. A incrustação é geralmente de calcita, mas ela também pode conter sílica em reservatórios com sílica em quantidade significativa nos fluidos, o que torna a incrustação mais dura e difícil de remover. Em poços de produção de alta entalpia, a evaporação parcial e a incrustação podem ocorrer tanto no poço quanto na própria formação rochosa, embora a incrustação de formação seja especialmente problemática porque só pode ser acessada com produtos químicos e não com métodos mecânicos. A Figura 1 mostra a estrutura de um poço geotérmico típico, incluindo a localização da incrustação de formação.
Figura 1. Poço de produção geotérmica, mostrando a zona de produção e a incrustação de formação. [1]
Os métodos químicos tradicionais usados para recuperar tais poços dependem de ácido clorídrico (HCl) e, embora isso afete a calcita, a sílica e alguns depósitos à base de sílica não são solúveis em HCI. Algumas empresas experimentaram usar ácido de lama aplicado via uma unidade de tubulação de bobina. Mas existem riscos significativos - de corrosão, para humanos e o meio ambiente - envolvidos devido à força e agressividade dos ácidos, e os resultados foram variados. Dados esses problemas, essa abordagem foi majoritariamente abandonada.
Inovação na Contact Energy
A Contact Energy, a mais antiga geradora geotérmica do mundo, enfrentou incrustação no poço e de formação em várias de suas instalações em toda a Nova Zelândia. Na verdade, em um poço de produção de 8 megawatts (MW) na instalação de Wairakei de 200 megawatts em Taupo, o acúmulo de incrustação reduziu o fluxo de vapor tão severamente que o poço não poderia mais contribuir para a produção de eletricidade da usina. Abandonar o poço e perfurar um novo poderia custar até US$ 10 milhões, o que não era uma opção satisfatória. A limpeza do poço com produtos químicos agressivos como o ácido fluorídrico também não era atraente devido ao seu custo, natureza agressiva, eficácia a curto prazo e riscos para os operadores.
Conhecendo os problemas com os métodos químicos tradicionais e motivados por um compromisso com a melhoria contínua, os engenheiros da Contact Energy fizeram uma parceria com especialistas da Solenis para desenvolver uma abordagem totalmente nova para limpar a incrustação e retornar os poços de produção comprometidos à capacidade total. A Solenis recomendou um novo método de limpeza de formação rochosa que combinou conceitos avançados da engenharia de reservatórios, geologia e dinâmica de bombeamento. A solução utilizou baixas concentrações de produtos químicos, alta pressão, altas taxas de fluxo e fluxo cuidadosamente controlado para permitir que os produtos químicos de limpeza penetrassem nas fissuras da formação rochosa e dissolvessem o acúmulo de incrustações, dessa forma aumentando o fluxo através da formação (ver Figura 2).
Figura 2. Preparação do poço de produção para a realização do bullheading do fluido de limpeza no poço.
Além das técnicas de aplicação inovadoras, o portfólio de produtos químicos tem uma combinação única de sequestrantes, polímeros, ácidos e soluções alcalinas. Inibidores tradicionais da indústria de petróleo e gás são caros e frequentemente usam intensificadores, como o antimônio, que são venenosos e/ou cancerígenos. A formulação dos produtos químicos desenvolvida pela equipe da Solenis teve um desempenho excepcionalmente bom em condições geotérmicas, melhorou significativamente o perfil de segurança e foi muito mais econômica.
Resultados Premiados
Em testes realizados em outros poços de produção (como um no México), a nova abordagem da Solenis provou ser bem-sucedida na restauração de poços de produção mortos a 100% da capacidade histórica máxima. Também havia indicações de que o método poderia ser uma técnica de estimulação, dissolvendo minerais de formação, ao invés de apenas uma incrustação. Mas a geologia em Wairakei era muito mais complexa, com zonas de alimentação intrincadas que dificultavam o direcionamento eficaz dos produtos químicos. A Solenis confiou nas análises de transiente de pressão da Contact Energy para garantir que os produtos químicos certos penetrassem bastante na formação e chegasse às zonas certas.
Mesmo com essa complexidade, a solução da Solenis produziu resultados extraordinários: o poço foi restaurado para 130 por cento de sua capacidade recuperável esperada (veja a Figura 3), o que se traduziu em um aumento na geração de energia de cerca de 50.000 megawatts-horas durante o ano seguinte à limpeza, a uma taxa média de 7 MW. Como essa fonte de energia geotérmica é de muito baixo carbono, ela tem um efeito positivo nas emissões de carbono. As emissões estimadas desses 7 MW de geração geotérmica ao longo desse ano são 1.080 toneladas de equivalente de CO2 (tCO2e, que inclui metano), muito menores que as alternativas de combustível fóssil. Gerar 7 MW a partir de carvão produziria cerca de 58.600 tCO2e, ou 23.900 tCO2e usando gás de ciclo combinado.
Figura 3. Após a limpeza, um poço de produção aumentou a produção de vapor de 2 t/h para um pico de vapor de 39 t/h.
Com base nesses resultados, o projeto da Contact Energy em Wairakei ganhou um Prêmio de Sustentabilidade da Solenis em 2021 por sua redução de carbono. O programa Prêmios de Sustentabilidade da Solenis analisa projetos de clientes concluídos nos últimos 12 meses e escolhe aqueles que entregaram alto valor e alto impacto. Os prêmios reconhecem projetos em cinco categorias de sustentabilidade, incluindo o uso reduzido de água e energia, uma pegada de carbono melhorada, redução de resíduos e utilização otimizada de matéria-prima.
Uma Mudança para Melhor
O sucesso em Wairakei, com sua dinâmica de poço especialmente complexa, demonstra o poder da colaboração para impulsionar a inovação técnica. Trabalhando em conjunto, a Solenis e a Contact Energy desenvolveram uma solução com vários benefícios claros - o uso de produtos químicos mais ecológicos e seguros, uma compreensão melhor das respostas do fluxo de poços, técnicas de aplicação da zona de alimentação altamente direcionadas e um método de limpeza de poços que é muito menos dispendioso em comparação com tecnologias alternativas ou a perfuração de novos poços.
Em comparação com os métodos tradicionais, essa nova tecnologia proporcionou uma mudança radical na forma como o setor pode gerenciar seus ativos de produção em declínio. Nós encorajamos as geradoras geotérmicas a entrarem em contato com a Contact Energy ou com a Solenis para determinar se essa abordagem pode ser aplicável para dar apoio ao aumento da capacidade de geração em suas operações.
Referências
[1] Zarrouk, S.J., and McLean, K. “Geothermal Well Test Analysis: Fundamentals, Applications and Advanced Techniques.” Elsevier, Primeira Edição, (2019).