O fluxo de corrente elétrica sinaliza mudanças em fraturas profundas abaixo da terra
O granito escaldante no subsolo pode ser aproveitado para obter energia abrindo rachaduras na rocha. Esse recurso potencial, conhecido como energia geotérmica aprimorada, requer uma noção clara das mudanças que ocorrem na rocha ao longo do tempo – uma imagem complexa que pode ser difícil de capturar.
Uma equipe liderada por pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) demonstrou uma nova maneira de monitorar fraturas profundas do subsolo. A técnica, tomografia de resistividade elétrica (ERT), mede as mudanças subterrâneas medindo a condutividade elétrica na rocha. A ERT produz imagens 4D – isto é, 3D mais time-lapse – da subsuperfície.
O que é um sistema geotérmico aprimorado?
Os sistemas geotérmicos convencionais dependem de vias de água e fluxo pré-existentes que já estão dentro da rocha quente. Ao injetar água e rachaduras, um sistema geotérmico aprimorado captura o calor preso na rocha seca. Os operadores perfuram dois poços subterrâneos a milhares de metros abaixo da superfície e, em seguida, bombeiam fluido de alta pressão na rocha entre os poços para fraturá-la. O processo de fraturamento para obter calor é comparável ao “fracking” da rocha de xisto para liberar petróleo e gás.
As temperaturas a este nível podem ultrapassar os 200 ºC (392 ºF). A água bombeada de um poço para o outro e de volta à superfície coleta calor da rocha, gerando vapor que pode acionar uma turbina para gerar eletricidade.
Sistemas geotérmicos aprimorados podem fornecer cerca de 100 gigawatts de eletricidade – o suficiente para abastecer 100 milhões de residências. Mas esses sistemas envolvem perfurações caras e precisam de melhor monitoramento e previsão de mudanças subterrâneas para reduzir a incerteza e o risco associado a um determinado projeto.
Como qualquer ambiente subterrâneo, os sistemas geotérmicos aprimorados mudam com o tempo. As fraturas na rocha abrem e fecham em resposta a tensões causadas por injeções de fluido de alta pressão, alterando a produção de calor do sistema. A atividade sísmica é um indicador de estresse subsuperficial, mas as informações do monitoramento microssísmico são limitadas.
“Nessas rochas profundas e quentes, é muito caro perfurar poços de monitoramento suficientes para entender o que está acontecendo usando amostragem direta”, disse Tim Johnson, cientista computacional do PNNL, coautor do estudo. “O foco principal deste projeto é entender melhor e, em última análise, prever como as fraturas vão se comportar em um ambiente de alto estresse quando você tenta conectá-las entre dois poços”.
Obtendo uma imagem subterrânea mais clara
A ERT envolve a inserção de eletrodos de metal em furos de monitoramento e, em seguida, a imagem da condutividade da rocha quando uma corrente elétrica é enviada entre eles. Os aumentos de condutividade ao longo do tempo indicam onde as fraturas estão se abrindo; quando as fraturas são menores ou fechadas, a condutividade diminui. Johnson desenvolveu um software chamado E4D, que roda em supercomputadores e transforma todas essas informações elétricas em um visual que se assemelha a um mapa de calor, exibindo flutuações na condutividade ao longo do tempo. Em 2016, a E4D foi premiada com o R&D 100 Award.
“É semelhante a imagens médicas, exceto que você está fazendo um lapso de tempo”, disse Johnson. “Então você está observando como as coisas mudam, e geralmente a mudança está relacionada a como o fluido está fluindo no subsolo.”
Johnson e outros pesquisadores do PNNL foram pioneiros no uso de ERT como uma ferramenta de monitoramento 3D e E4D em profundidades mais rasas de até 350 pés, onde foi usado para detectar e rastrear contaminantes, por exemplo. Para testá-lo no subsolo profundo, a equipe o implantou no Sanford Underground Research Facility em Lead, Dakota do Sul. O trabalho, que é apoiado pelo Escritório de Eficiência Energética e Energias Renováveis do Departamento de Energia (DOE) por meio de seu Escritório de Tecnologias Geotérmicas, faz parte de um esforço colaborativo maior em todo o DOE para melhorar o acesso a recursos naturais e armazenamento no subsolo. Lawrence Berkeley National Laboratory lidera o esforço, conhecido como Enhanced Geothermal Systems (EGS) Collab. Laboratórios parceiros incluem PNNL, Sandia National Laboratories, Lawrence Livermore National Laboratory, Idaho National Laboratory e Los Alamos National Laboratory.
Pioneira em uma nova técnica de imagem de subsuperfície
A intenção do monitoramento ERT em Sanford era monitorar o fluxo de fluido, como havia sido feito em níveis mais rasos. Mas os resultados inicialmente não pareciam se alinhar com esses usos anteriores.
“O que estávamos vendo com as mudanças na condutividade não fazia sentido em termos de fluxo de fluido”, disse Johnson. Mas se a condutividade não estava refletindo o movimento dos fluidos, o que estava mostrando?
Johnson descobriu a resposta depois de anos pesquisando em artigos científicos das décadas de 1960 e 1970. Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley já haviam notado variações na condutividade das rochas cristalinas em resposta ao estresse – em experimentos de laboratório, comprimir a rocha a tornava menos condutora. Isso indicou que a ERT não estava apenas seguindo o fluido subterrâneo. Estava medindo como as fraturas abriam e fechavam em resposta ao estresse.
“Uma vez que fizemos esse link, tudo fez sentido em termos do que as imagens de lapso de tempo estavam fazendo”, disse Johnson.
A ERT oferece várias vantagens. Sem partes móveis e eletrodos instalados fora do revestimento do poço, o equipamento é de baixa manutenção e pode operar enquanto as injeções estão acontecendo. E a imagem acontece em tempo real, dando aos operadores das instalações feedback que eles podem usar quase imediatamente, se necessário. No entanto, o ERT não pode ser usado com revestimentos de poços metálicos, que são onipresentes em projetos de subsuperfície profunda.
Existem maneiras de contornar esse obstáculo, como usar invólucro de fibra de vidro, revestir o invólucro com um epóxi não metálico ou usar um material não metálico diferente. Mas, por enquanto, Johnson e a equipe continuam aprimorando e testando o uso da ERT nas instalações de Sanford.
Publicado em 18/05/2022 09h12
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