14 американских разработчиков продвигают геотермальную энергию нового поколения, к 2028 году количество буровых установок может достигнуть 30

Репортаж от Wedoany，Технологии геотермальной энергии нового поколения вступают в фазу ускоренного промышленного роста: буровая активность, капитальные инвестиции и разработка проектов набирают обороты. Согласно внутреннему исследованию Hephae Energy Technology, только на западе США 14 разработчиков геотермальной энергии нового поколения реализуют проекты, и ожидается, что к первому кварталу 2028 года количество действующих буровых установок может достигнуть примерно 30.

Технология высокотемпературного направленного бурения соответствует четко определенному и быстро формирующемуся обслуживаемому рынку. В глобальном масштабе к 2040 году общий спрос на высокотемпературное бурение, по прогнозам, достигнет около 5500 буровых установок, из которых 4900 будут использоваться для разработки геотермальной энергии нового поколения, а остальные — для высокотемпературных газовых применений. Этот прогноз основан на данных Международного энергетического агентства (МЭА) о выработке геотермальной электроэнергии нового поколения за 2025 год.

Со стороны инвестиций, последний анализ Международного энергетического агентства (МЭА) показывает, что в 2025 году объем финансирования геотермальной энергии нового поколения достиг примерно 2,2 миллиарда долларов США, что на 80% больше по сравнению с предыдущим годом и представляет собой значительный скачок по сравнению с 22 миллионами долларов США в 2018 году. Растет уверенность рынка в геотермальной энергии как в чистом и надежном источнике базовой нагрузки, а сфера применения охватывает электрификацию, центры обработки данных и энергоемкую промышленность.

Геотермальная энергия долгое время зависела от природных гидротермальных резервуаров, и ее разработка была ограничена тектонически активными регионами, такими как Исландия, Индонезия и запад США. Технологии геотермальной энергии нового поколения, используя направленное бурение и искусственный гидроразрыв для создания инженерных резервуаров, освобождают ресурсы от географических ограничений, делая возможным их глобальное развертывание. Для масштабного получения тепла требуется бурение более глубоких и горячих скважин, однако номинальная температура современных инструментов для направленного бурения в основном составляет от 150 до 175 °C. Приближение к рабочему порогу в 200 °C вынуждает операторов прибегать к таким стратегиям смягчения, как использование технологий охлаждения, что значительно увеличивает непроизводительное время и затраты. Теплоизолированные бурильные трубы предлагают альтернативный путь смягчения, но они дороги и не решают проблему простоев, вызванных поэтапной подачей инструментов. Непосредственное решение фундаментальной проблемы высокотемпературного электронного оборудования может устранить дорогостоящие циклы охлаждения, экономя более 1 миллиона долларов США на каждой скважине.

Ключ к преодолению узких мест заключается в высокотемпературных скважинных электронных устройствах и датчиках. Согласно принципу Аррениуса, при повышении рабочей температуры на каждые 10 °C срок службы электронных устройств может сократиться примерно на 50%; при повышении номинальной температуры инструмента на каждые 10 °C ожидаемый срок службы удваивается. Использование конструкций рассеивания тепла, таких как архитектура круговых стековых схем, и применение теплопроводящих материалов для формирования непрерывного пути теплопередачи, ускоряющего теплопроводность, может повысить надежность в условиях высоких температур.

Геотермальная среда создает множество испытаний для буровых систем: помимо высоких температур, твердые кристаллические породы вызывают сильные удары и вибрации. Система должна непрерывно работать при температурах, превышающих 230 °C, выдерживая уровни вибрации до 30 g (среднеквадратичное значение) и ударные нагрузки свыше 1000 g. Эти комбинированные стрессовые условия моделируют экстремальную среду в глубоких геотермальных скважинах.

Следующий рубеж в освоении геотермальной энергии — это системы сверхгорячих пород, где температура резервуара превышает 374 °C, вода переходит в сверхкритическое состояние, а ее энергоемкость значительно возрастает. Clean Air Task Force (CATF) отмечает, что использование всего лишь 1% мирового потенциала сверхгорячей геотермальной энергии позволило бы генерировать 63 тераватта чистой и надежной электроэнергии, что в восемь раз превышает сумму всей остальной электроэнергии в мире. Когда системы геотермальной энергии нового поколения будут доведены до условий сверхгорячих пород, выработка электроэнергии на одну скважину может в пять-десять раз превысить показатели современных традиционных геотермальных проектов.

Путь развития геотермальной энергии нового поколения схож с ранними этапами освоения нетрадиционных запасов нефти и газа: ресурсы известны, но без технологических инноваций их масштабное извлечение невозможно. Технологии направленного бурения, измерения в реальном времени и передовые методы заканчивания скважин из нефтегазовой отрасли, после адаптации к высоким температурам и повышения устойчивости к ударам, становятся ключевой движущей силой роста геотермальной энергетики. Технология высокотемпературного направленного бурения открывает экономическую эффективность в более глубоких и горячих средах, превращая геотермальную энергию из регионального решения в глобальное.

Джон Клегг, член SPE, является техническим директором Hephae Energy Technology, компании, основанной для разработки решений в области сенсорики, управления и связи для бурения высокотемпературных скважин. За свою 40-летнюю карьеру он занимался такими технологиями верхнего бурения, как буровые долота, буровые двигатели, роторные управляемые системы, MWD и каротаж в процессе бурения. Он имеет степень магистра инженерных наук Оксфордского университета и диплом по глобальному бизнесу. Будучи активным членом SPE, Клегг входил в состав программного комитета и комитета технических секций, а также помог основать техническую секцию SPE по геотермальной энергии. Он дважды был выдающимся лектором SPE по темам: позиционирование ствола скважины (2020–2021) и решения для высокотемпературного бурения (2025–2026).