European Geothermal Drilling Experience. Problem Areas and Case Studies L'expérience du forage géothermique en Europe. Nature des problèmes et études de cas - Baron G.; Ungemach P. (Oil & Gas Science and Technology, 2006)
Geothermal drilling has long been restricted in Western Europe solely to the dry steam field of Larderello in Italy. In the last few years wider experience has been gained as the consequence of intensified exploration and development programs carried out for evaluation and production of both low- and high-enthalpy geothermal resources. A sample of some 40 boreholes indicates the following problem areas. 1) Low-enthalpy drilling Due to similar settings -hot water system f lowing in sedi-mentary units at temperatures and depths ranging from 40° to 140°C (104° to 284°F) and from 1,000 to 3,500 metres (3,281 to 11,484 feet), respectively - the technology here is strongly dependent on oil and gas drilling practice. Still, specific problems remain in the areas of multiple-reservoir reconnaissance and well completion at production and reinjection levels, particularly in poorly consolidated fluvio-deltaic sequences leading to sand control and clay swelling problems. Expertise needs to be developed to minimize costs, secure high production capacities, long lifetimes, and minimum maintenance compatible with the economics and the lack of suitable workover facilities. 2) High-enthalpy drilling Exploratory drilling is currently combining wildcatting and deeper investigations of known fields. Lost circulation, drill string corrosion, tubulars, mud, cementing, and deviation control are the most frequently encountered difficulties while drilling in hostile water-dominated environments. Formation temperatures in excess of 300°C (572°F) are often the rule, and recent drilling conducted in voleanic areas have hit fluids approaching the supercritical state. Whenever these problems do not remain under control, they result in rig standby and extra costs which severely penalize an industry which needs sharp improve-ments to be fully reliable and cost effective. Geothermal well stimulation is therefore a field of growing interest, but it lacks adequate procedures. Current geothermal drilling practice in Europe is illustrated by three typical case studies. En Europe Occidentale, le forage géothermique est resté longtemps limité au seul champ géothermique de Larderello en Italie pour la production de vapeur sèche. Au cours des dernières années, une expérience plus large s'est accumulée à la suite de l'intensification des programmes d'exploration et de développement entrepris pour évaluer et produire en parallèle les ressources géothermiques haute et basse enthalpies. Un échantillonnage d'une quarantaine de puits indique les sources des problèmes. 1. Forage géothermique basse enthalpie Par suite de situations similaires - système d'eau chaude s'écoulant dans des formations sédimentaires à des tem-pératures s'étalant de 40 à 140 °C et des profondeurs s'étageant de 1000 à 3500 m - la technologie est ici fortement liée à la pratique du forage des puits à huile et à gaz. Cependant, des problèmes spécifiques demeurent dans le domaine de la reconnaissance des réservoirs multiples et de la complétion des puits au niveau de la production et de la réinjection, particulièrement dans les séries fluvio-deltaïques faiblement consolidées amenant des problèmes de contrôle des venues de sables et de gonflement des argiles. Des travaux d'expertise sont nécessaires en vue de diminuer les coûts, d'assurer des capacités de production élevées, de longues durées d'exploitation, des frais de maintenance minimaux compatibles avec l'économie et l'absence de moyens convenables pour les travaux de reprise de puits. 2. Forage géothermique haute enthalpie Le forage d'exploration combine, en langage courant, le forage de recherche et les investigations plus profondes sur les champs connus. Les pertes de circulation, la corrosion des trains de tiges, les tubages, les boues de forage et les cimentations et la maîtrise de la déviation constituent les difficultés les plus fréquemment rencontrées dans les environnements hostiles à eau dominante. Des températures de formation dépassant 300 °C sont souvent la règle et un récent forage exécuté dans une région volcanique a atteint des fluides approchant l'état supercritique. Chaque fois que ces problèmes ne restent pas maîtrisés, ils se traduisent par des surcoûts et des frais d'attente des appareils de forage qui pénalisent sévèrement une industrie qui a un sérieux besoin d'amélioration pour être totalement fiable et d'un coût efficace. La stimulation des puits géothermiques est par conséquent une voie d'intérêt croissant, mais elle manque de procédures adéquates. La pratique du forage géothermique, telle qu'elle est en cours en Europe, est illustrée par trois études de cas typiques.