Jeotermal üretim kuyuları, çalışma sırasında yaygın şekilde kireçlenmeye maruz kalır ve bu da üretimi önemli ölçüde azaltabilir veya durdurabilir. Kireç genellikle kalsittir, ancak sıvılarında önemli miktarda silika bulunan rezervuarlarda, kireci daha sert ve çıkarılması daha zor hâle getiren silika da içerebilir. Yüksek entalpili üretim kuyularında, hem kuyuda hem de kaya oluşumunun kendisinde parlama ve kireçlenme meydana gelebilir, ancak oluşan kirece mekanik yöntemlerle değil yalnızca kimyasallarla erişilebildiği için bu özellikle zorlayıcıdır. Şekil 1'de tipik bir jeotermal kuyu yapısı ile oluşum ölçeğinin konumu gösterilmektedir.
Şekil 1. Üretim bölgesi ve oluşum ölçeğini gösteren jeotermal üretim kuyusu [1]
Bu tür kuyuları geri kazanmak için kullanılan geleneksel kimyasal yöntemler hidroklorik asidi (HCl) baz alır ve bu kalsit, silika ve bazı silika bazlı birikintileri etkilerken HCI'da çözünmez. Bazı şirketler, bir spiral boru ünitesi aracılığıyla uygulanan çamur asidi kullanmayı denemiştir. Bununla birlikte asitler; gücü ve agresifliği nedeniyle korozyon, insan ve çevre sağlığı yönünden önemli riskler taşımaktadır ve sonuçlar değişiklik gösterebilir. Bu sorunlar göz önüne alınarak bu yaklaşım çoğunlukla terk edilmiştir.
Contact Energy'de İnovasyon
Dünyanın en eski jeotermal jeneratörü olan Contact Energy, Yeni Zelanda'daki birçok tesisinde kuyu açma ve formasyon ölçeği konusunda deneyim kazanmıştır. Aslında, Taupō'daki 200 megawattlık Wairakei tesisindeki 8 megawattlık (MW) bir üretim kuyusunda, kireç birikmesi buhar akışını o kadar ciddi şekilde azalttı ki kuyu artık tesisin elektrik çıkışına katkıda bulunamıyordu. Kuyunun terk edilmesi ve yeni bir kuyu açılması 10 milyon dolara mal olacaktı ve bu da tatmin edici bir seçenek değildi. Kuyuyu hidroflorik asit gibi sert kimyasallarla temizlemek de maliyeti, agresif doğası, kısa süreli etkinliği ve operatörler için riskleri nedeniyle cazip değildi.
Geleneksel kimyasal yöntemlerle ilgili sorunları bilen ve sürekli iyileştirme kararlılığıyla çalışmalarını sürdüren Contact Energy mühendisleri, ölçeği temizlemek ve tehlike altındaki üretim kuyularını tam kapasiteye döndürmek için tamamen yeni bir yaklaşım geliştirmek üzere Solenis uzmanlarıyla ortaklık kurdu. Solenis; rezervuar mühendisliği, jeoloji ve pompalama dinamiğinden gelişmiş konseptleri bir araya getiren yeni bir kaya oluşumu temizleme yöntemi önerdi. Çözümde düşük konsantrasyonda kimyasallar, yüksek basınç, yüksek akış hızları ve dikkatle kontrol edilen akış kullanılarak temizleme kimyasallarının kaya oluşumdaki çatlaklara nüfuz etmesi ve kireç birikimini çözmesi, böylece oluşum boyunca akış artışı sağlandı (bkz. Şekil 2).
Şekil 2. Kuyuya temizleme sıvısı verilmesi için üretim kuyusunun hazırlanması.
Yenilikçi uygulama tekniklerine ek olarak; kimyasal portföyde sekestrantlar, polimerler, asitler ve alkali çözeltilerin benzersiz bir kombinasyonu da bulunuyordu. Petrol ve doğal gaz endüstrisinden alınan geleneksel inhibitörler pahalıdır ve genellikle zehirli ve/veya kanserojen antimon gibi artırıcılar kullanılır. Solenis ekibi tarafından geliştirilen kimyasal reçete; jeotermal koşullarda olağanüstü iyi performans gösterdi, önemli ölçüde iyileştirilmiş bir güvenlik profiline sahipti ve çok daha uygun maliyetliydi.
Ödüllü Sonuçlar
Meksika'daki gibi diğer üretim kuyularında yapılan denemelerde, Solenis'in yeni yaklaşımının ölü üretim kuyularını maksimum tarihi kapasitenin yüzde 100'üne geri getirmede başarılı olduğu kanıtlandı. Yöntemin sadece kireci değil, oluşum minerallerini de çözen bir stimülasyon tekniği olabileceğine dair işaretler de vardı. Ancak Wairakei'deki jeolojik yapı çok daha karmaşıktı ve karmaşık besleme bölgeleri kimyasal maddeyi etkili bir şekilde hedeflemeyi zorlaştırdı. Solenis, doğru kimyasalın oluşumun derinliklerine nüfuz etmesini ve doğru bölgelere ulaşmasını sağlamak için Contact Energy'nin basınç geçiş analizlerine güvendi.
Bu karmaşıklıkta bile Solenis'in çözümü, beklenen geri kazanılabilir kapasitesinin yüzde 130'una tekrar ulaşan kuyu ile olağanüstü sonuçlar elde etti (bkz. Şekil 3), bu da temizlikten sonraki yıl boyunca ortalama 7 MW'lik bir oranda yaklaşık 50.000 megawatt saatlik artan bir güç üretimine dönüştü. Çünkü bu jeotermal enerji kaynağı çok düşük karbonlu olduğundan, karbon emisyonlarına olumlu etkisi bulunmaktadır. Bu 7 MW'iık jeotermal üretimin bir yıllık tahmini emisyonu 1.080 ton CO2 eşdeğeridir (tCO2e, metan içerir) ve bu miktar fosil yakıt alternatiflerinden önemli ölçüde daha azdır. Kömürden 7 MW elektrik üretilmesi durumunda yaklaşık 58.600 tCO2e, kombine çevrimli gazdan ise 23.900 tCO2e üretilirdi.
Şekil 3. Temizlikten sonra üretim, 2 ton/saat buhardan 39 ton/saat buhara çıktı.
Bu sonuçlara dayanarak Wairakei'deki Contact Energy projesi, karbon azaltımı için 2021 Solenis Sürdürülebilirlik Ödülü'nü kazandı. Solenis Sürdürülebilirlik Ödülleri programı kapsamında, son 12 ayda tamamlanan müşteri projeleri incelenir ve yüksek değer ve yüksek etki sağlayan projeler seçilir. Ödüller; azaltılmış su kullanımı, azaltılmış enerji kullanımı, iyileştirilmiş karbon ayak izi, azaltılmış atık ve optimize edilmiş ham madde kullanımı dahil olmak üzere beş sürdürülebilirlik kategorisindeki projeleri ödüllendirir.
Daha İyiye Yönelik Bir Değişim
Özellikle karmaşık kuyu dinamiklerine sahip olan Wairakei'deki başarı, teknik inovasyonu teşvik etmek için iş birliğinin gücünü göstermektedir. Solenis ve Contact Energy birlikte çalışarak, daha çevre dostu ve daha güvenli kimyasalların kullanımı, kuyu akış tepkilerinin daha iyi anlaşılması, yüksek hedefli besleme bölgesi uygulama teknikleri ve alternatif teknolojilere veya yeni kuyuların açılmasına kıyasla çok daha ucuz olan bir kuyu temizleme yöntemi gibi bir dizi net faydası olan bir çözüm geliştirmiş oldu.
Geleneksel yöntemlerle karşılaştırıldığında bu yeni teknoloji, sektörün azalan üretim varlıklarını yönetme biçiminde aşama kaydetmeyi sağlamıştır. Bu yaklaşımın, faaliyetlerindeki artan üretim kapasitesini desteklemek için uygun olup olmadığını belirlemek isteyen tüm jeotermal üreticilerini Contact Energy veya Solenis ile iletişime geçmeye davet ediyoruz.
Referanslar
[1] Zarrouk, S.J. ve McLean, K. "Jeotermal Kuyu Testi Analizi: Temel Bilgiler, Uygulamalar ve Gelişmiş Teknikler." Elsevier, İlk Baskı, (2019).