دراسة: حقن الغاز يرفع إنتاج الآبار الحرارية الجوفية 80% والطاقة 118%

كشفت دراسة عددية شاملة أن تطبيق تقنية الرفع المستمر بالغاز في الآبار الحرارية الجوفية ذات السوائل السائدة يمكن أن يزيد إنتاج المحلول الملحي في البئر بنسبة 80%، ويرفع صافي توليد الطاقة الكهربائية بنسبة 118% في المتوسط.

تفاصيل البحث والمنهجية

أنجز الباحثان أورخان خانكيشيف وحميد كرامي الدراسة ونشراها في مجلة "طاقة حرارية جوفية"، حيث بنيا إطارًا حسابياً متكاملاً يربط الهيدروليكا الحرارية متعددة الأطوار في البئر بعمليات التحويل السطحي، وعايرا النموذج باستخدام بيانات فعلية من بئر معطلة في حقل براولي الحراري الجوفي بكاليفورنيا.

استخدم المحاكاة برنامج PIPESIM لنمذجة السلوك الباطني، وبرنامج DWSIM مفتوح المصدر لمحاكاة العمليات السطحية بما في ذلك الفصل ثنائي الطور، والضغط متعدد المراحل، ودورة رانكين العضوية، وإعادة حقن المحلول الملحي.

نتائج رئيسية

عند معدل حقن أساسي يبلغ مليون قدم مكعب قياسي يومياً، ارتفع استخراج السائل من 110 إلى نحو 200 رطل في الثانية. وأظهر تحليل العقد أن فعالية الرفع بالغاز تعتمد بقوة على ضغط الخزان؛ ففي ضغط 1800 رطل لكل بوصة مربعة مطلقة، زاد الإنتاج السائل 80%، بينما انخفضت الزيادة إلى 2.8% فقط عند ضغط 2500 رطل.

قلل حقن النيتروجين عند عمق 4800 قدم ضغط القاع الجاري 6% (نحو 100 رطل/بوصة²)، ورفع درجة حرارة رأس البئر 6 درجات فهرنهايت بفضل تأثير العزل الحراري للفقاعات الغازية.

مقارنة وسائط الرفع

اختبرت الدراسة أربعة غازات: الميثان، الهواء المضغوط، النيتروجين، وثاني أكسيد الكربون. حقق الميثان أعلى أداء برفع السائل إلى 270 رطل/ثانية وزيادة صافي الطاقة 3.68 ميغاواط (128%). جاء النيتروجين والهواء المضغوط في المرتبة الثانية بزيادة 3.37 ميغاواط (117%)، بينما كان ثاني أكسيد الكربون الأقل كفاءة بسبب كثافته الأعلى وذوبانه في المحلول الملحي الساخن.

تحديات التآكل والتشغيل

أظهر تحليل سلامة البئر أن الهواء وثاني أكسيد الكربون يضاعفان معدل تآكل أنابيب الفولاذ الكربوني مقارنة بالإنتاج الطبيعي، مما يستدعي استخدام مثبطات كيميائية وسبائك مقاومة للتآكل. في المقابل، يمثل النيتروجين حلاً وسطاً تشغيلياً يوفر أداءً عالياً دون مخاطر تآكل مرتفعة أو انفجار.

قيود وتوصيات

أكد الباحثان أن الإطار المستقر لا يحاكي الظواهر العابرة كبدء تشغيل البئر أو استنزاف الخزان على مدى سنوات، وأن النتائج تقديرات تنبؤية لم تُختبر ميدانياً بعد في بئر براولي، مما يؤسس قاعدة تحليلية لتجارب حقلية مستقبلية.