瓦卢瑞克突破500°C高温地热能技术界限，推动地热能的未来发展

地热能,作为一种清洁可持续的能源类型,在推动能源结构转型的过程中扮演着举足轻重的角色。特别是在高温地热开发项目中,其能源产出的高效性使得每一口地热井都能成为削减平准化度电成本(LCOE)的重要推手,这对于促进能源行业的绿色、长远发展具有深远意义。然而,这类在极端条件下运行的地热项目,也对所应用的材料和技术提出了极为严苛的要求,必须通过全面而严格的验证与测试,以保障地热井的长期稳定运行。在这一关键领域,瓦卢瑞克取得了突破性的进展,成功拓宽了地热井的作业极限。

12月3日,瓦卢瑞克在SPE热井完整性和生产研讨会上发表的《一种用于预测高温地热应用套管的材料界定新方法》技术论文,无疑为高温地热能的开发带来了重要的技术突破。这篇由Emmanuel Desdoit、Pierre Mauger和Julien Patou共同撰写的论文,详细介绍了支持高达500°C(932°F)地热应用的开创性研究,以下是论文中提及的主要测试及其获得的见解概述。

高温地热的开创性研究

该技术论文侧重于在500°C(932°F)高温下对L80材料的深入评估,为极端条件下的材料行为提供开创性的见解。这些见解建立在经过验证的350°C(662°F)温度下运行的技术基础上,代表了地热开发技术向更高温度运行的一次重要飞跃。

瓦卢瑞克通过先进的测试和模拟技术,界定了各碳钢等级(如 L80)在这些极端条件下的性能。研究的主要方面包括:

• 拉伸和循环测试:这些测试在环境温度至 500°C (932°F) 的温度范围内进行,监测机械性能的演变,并量化循环载荷下蠕变引起的应力松弛。• 弹粘塑性材料定律:该定律来源于实验数据,增强了极端热机械循环下螺纹连接的模拟。• 模拟结果:在 ABAQUS® 软件中进行,改进的模型可以更准确地预测螺纹性能,反映与现场反馈一致的新结构和功能故障模式。

主要发现:深入了解高温性能

该研究强调了关于 L80 级钢在地热环境中表现的几项重要发现:

高温下的材料降解

随着温度的升高,尤其是超过 350°C (662°F),L80 级钢的屈服强度和抗拉强度会明显降低。循环载荷测试还反映了应力松弛和软化效应,超过该阈值时,蠕变变得更加明显。

增强的螺纹模拟

增强的材料模型严格复制了 L80级钢在实验室条件下的行为。通过螺纹模拟揭示出新的结构和功能失效模式,这些模式与地热应用的现场反馈密切相关。

对发展的实际意义这些高级模型能够更准确地预测螺纹性能,通过在测试尺寸之间进行插值有限元分析(FEA),支持更快的产品验证过程,也为高温应用的研发提供了宝贵的见解。

这些发现有助于推动新型材料和螺纹的开发,满足高温地热井的严苛要求。

展望未来未来,瓦卢瑞克在高温地热领域的探索与创新将持续深化。随着对VAM® 21产品线及其他钢级在高温环境下应用的进一步验证,瓦卢瑞克正逐步构建起一套完整的高温地热解决方案体系。这不仅将极大地提升地热井的可靠性和耐久性,降低运营成本,还将为地热能的大规模商业化应用奠定坚实的基础。我们有理由相信,在瓦卢瑞克等企业的共同努力下,高温地热能的潜力将得到充分释放,为全球能源转型和可持续发展贡献更多力量。