Yapay kaldırma teknolojisi, jeotermalin potansiyelini ortaya çıkarıyor

Özel makale - Yapay kaldırma teknolojisi, jeotermal su çıkarma işleminin tüm potansiyelinin açığa çıkarılmasına yardımcı oluyor

Merve Uytun 10 May 2025

Elektrikli dalgıç pompa (ESP) teknolojisi, özellikle doğrudan ısıtma uygulamaları için dünya çapında jeotermal kaynakların kullanımının genişletilmesinde büyük rol oynamıştır. Ancak, jeotermal ortamların aşırı koşulları, ESP tasarımı ve operasyonlarına zorluklar getirmektedir. ESP’leri içeren jeotermal projelerin ekonomisini en üst düzeye çıkarmak için verimlilik, operasyonlar ve bakım faktörleri de dikkate alınmalıdır.

Hans Sjerps, Frank Corredor, Juan Pablo Atencia ve Alasdair McPhail tarafından yazılan bu konuk makalede, ESP operasyonlarının birçok yaygın teknik zorluğunu ve Halliburton’un bunları özel çözümlerle nasıl ele aldığını ele alıyoruz.

1990’larda, jeotermal operatörleri, jeotermal su çıkarma için yapay bir kaldırma teknolojisi olan elektrikli dalgıç pompaların (ESP’ler) faydalarını keşfettiler. Petrol sahasında hidrokarbon çıkarmayı en üst düzeye çıkarmak için denenmiş ve kanıtlanmış olan bu pompalar, yer altı sıvılarını çıkarmak için yerleşik tekniklerden yararlandı ve bu da onları yerel ısıtma ağları ve sağlık banyoları gibi daha küçük ölçekli operasyonlar için çekici hale getirdi.

Jeotermal operatörleri geleneksel uygulamaların sınırlarını zorlayıp daha derin derinlikleri keşfetmeye başladıkça, ESP kullanımı saniyede 150 litreye kadar daha önemli çıkışları idare edebilecek ve 150°C’ye kadar sıcaklıklara dayanabilecek şekilde genişledi.

Ancak, geleneksel ESP’ler jeotermal uygulamalarda sınırlarına ulaştı. Aşırı sıcaklıklar, aşındırıcı tuzlu sular ve zorlu çalışma koşulları zorluklara yol açar ve operatörlerin daha dayanıklı çözümler aramasını gerektirir. Jeotermal kuyulardan çıkarılan sıvıda yağ yoktur ve bu da yağlamayı etkiler. Kireçtaşından elde edilen kalsiyum karbonatlar da temel pompa ve conta alanlarında kabuklaşmaya neden olabilir.

Geleneksel yüksek akışlı ESP pompaları standart su kaldırmada iyi performans gösterse de, bu yoğun jeotermal koşullar altında potansiyel arıza riski taşırlar. Mevsimsel sıcaklık değişimlerinde, motor yatakları ve güç konnektörleri arızaya neden olabilecek daha fazla stres yaşayabilir.

Cıvatalı kase tipi pompaların riskleri, özel çözümlere olan ihtiyacı vurgulamaktadır

Jeotermal endüstrisi başlangıçta sığ soğuk su kaldırma uygulamalarından kaynaklanan cıvatalı çanak tipi pompaları benimsedi. Ancak, bunların sınırlamaları ve güvenlik endişeleri, endüstrinin derin jeotermal uygulamalarının taleplerine dayanacak yeni bir çözüme ihtiyaç duyması anlamına geliyordu. Aksi takdirde, operatörler jeotermal kuyularda bulunan basınç, sıcaklık ve titreşimler nedeniyle ekipman arızaları yaşayabilirdi.

Avrupa’daki bir müşteriyle yaşanan önemli bir olay, cıvatalı çanak tipi pompaların içerdiği riskleri vurguladı. Bir pompa sahada arızalandığında, operatör kuyunun aşağısındaki ekipmanı kaybetti. Daha detaylı bir inceleme sonucunda operatör, kuyudaki basınçtan kaynaklanan titreşimlerin kuyunun aşağısına bakan cıvataları yerinden oynattığını ve metal yorgunluğu nedeniyle çanakları çatlattığını keşfetti. Bu, derin jeotermal kuyuların koşulları için tasarlanmamış pompaların kullanılmasının tehlikelerini vurguladı.

Maliyet ve alan, jeotermal projeler için endişe yaratıyor

Jeotermal projeler, yatırım getirisini garanti altına almak için en üst düzeyde verimlilik gerektirir. Ancak, geleneksel jeotermal sistemler genellikle petrol sahasına daha uygun teknoloji kullanır ve bu da daha az verimlilikle sonuçlanır.

Örneğin, geleneksel jeotermal sistemler, dalgıç motorların ömrünü ve verimliliğini uzatan dengeli elektromanyetik alanları korumak için yuvarlak güç kabloları kullanır. Ancak, bu yuvarlak kablolar düz kablolara kıyasla iki kat daha fazla yer kaplar. Düz kabloların neden olduğu dengesizlikleri düzeltmek için ESP’ye entegre edilmiş bir frekans kontrolörü ile operatörler alanı optimize edebilir ve güçten tasarruf ederek maliyetleri düşürebilir.

Termal çevrim ve kireç direnci, jeotermal sıvı çıkarma sırasında jeotermal operatörler için maliyetleri de artırır. Geleneksel pompa girişleri genellikle sıvı hareketini engeller ve bu da basınç düşüşleri nedeniyle kavitasyon ve kireç oluşumuna neden olur. ESP’ler için standart girişlerden daha büyük bir giriş alanı, küçük kasa boyutlarında yüksek akış hızları sorununu çözebilir ve maliyetleri düşürmeye yardımcı olabilir.

Maliyetleri azaltmanın bir diğer yolu da kaldırma gereksinimini azaltmaktır. Geleneksel giriş tasarımı, kaldırmak ve yüksek jeotermal akış taleplerini karşılamak için 50 kW’a kadar daha fazla güç gerektirir. Ancak, 400 m3/saat (111 L/s) akış hızında 2 barlık bir azalma, ^yüzeyde uygulanan 45 kW daha az kaldırma gücü gerektirir. Bir yıl boyunca kWh başına 0,30 € olarak hesaplandığında, bu yılda yaklaşık 128.000 € tasarruf anlamına gelir.

Ek olarak, jeotermal operasyonlar, ısı talebindeki mevsimsel değişikliklerle çok yönlü akış hızları gerektiren güç üretimi ve doğrudan ısıtmayı kapsar. Operatörler, ESP’ye entegre edilmiş ve yük durumu dalgalanmalarına uyacak şekilde motor ayarlarını ince ayarlayan bir cihaz aracılığıyla maliyetleri düşürebilir; bu, geleneksel frekans sürücü kontrolörlerinin erişemeyeceği bir yetenektir. Bu cihazlar için yapılan saha denemeleri, 60 Hz’lik maksimum hıza kıyasla 40 Hz’de 1650 HP’lik bir motor için elde edilen güçte 50 kW’a kadar tasarruf sağladığını göstermiştir; bu da tahmini yıllık güç maliyetinde yaklaşık 130.000 €’luk bir azalma anlamına gelir.

Yazılım, ESP’lerin gerçek zamanlı izlenmesi ve yönetilmesine yardımcı olur

Proje ekonomisi, pompa performansı ve genel operasyon çalışma süresi gerçek zamanlı gözlemden faydalanır. Operatörlerin anormal olayları erken tespit ederek kapanmayı önlemelerine olanak tanırlar.

Gerçek zamanlı izleme için SCADA platformları, verilerin özel VPN şifreli iletişimler aracılığıyla kullanılabilir ve güvenli kalmasını sağlamak için 7/24/365 bulut tabanlı bir ortamda yüksek çözünürlüklü veri toplama, görselleştirme panoları, temel performans göstergesi ölçümü ve uzaktan kontroller içermelidir. Bulut tabanlı ortam, konumdan ve/veya mobil cihazdan bağımsız olarak izleme ve yönetimi kolaylaştırır.

Bu özellikler olmadan işletmeciler hedeflerine ulaşamayacak ve jeotermal santrallerin ve ESP sistemlerinin sürekli gerçek zamanlı izlenmesini ve yönetimini sağlayamayacaktır.

Makine öğrenimi algoritmaları ve teknikleri ESP işlemlerini daha da geliştirir. Akış, basınç ve sıcaklıkla ilgili temel koşullar için gelişmiş mühendislik araçları olarak hizmet ederler ve çevrimiçi platformun veri karşılaştırma özelliklerini yükseltirler. Bu veri analizi ve işleme ilerlemeleri sayesinde jeotermal endüstrisi artık pompa performans takibi ve kuyu giriş performansı izlemeyi kullanabilir. Ayrıca güç tüketimi kıyaslamalarının oluşturulmasına olanak tanır ve elektromekanik anormallikleri önler.

Ayrıca, makine öğrenimi gerçek kuyu içi ölçüm cihazlarına kıyasla %5’ten daha az hata payına sahip sanal parametreler sağlar. Sanal sensörler, fiziksel kuyu içi sensörüyle birleştirildiğinde, örneğin bakım planlamak için bir pompa girişinin tıkandığını tespit edebilir. Sanal sensörler, fiziksel sensör arızalanırsa hala çalışan bir pompa sistemini çekmeye gerek kalmadan madencilik yetkililerine veri raporlaması için devralabilir.

Adanmış gözetim mühendisleri, platform içinde veri analizi, pompa sağlığı değerlendirmeleri ve ESP trend analizi gerçekleştirir. Analizlerini, teknik önerilerin tutarlı bir şekilde yürütülmesine ve operasyonel senaryolar için sistem bütünlüğünün korunmasına olanak tanıyan en iyi uygulamalar ve tarihsel olaylardan oluşan jeotermal tesise özgü bir operasyon kılavuzuna dayandırırlar. Dijital ve analitik araçlarla desteklenen operatörler ve izleme hizmetleri arasındaki iş birliği çabaları, ESP’lerin operasyonel çalışma süresini uzatır.

Mühendislikli ESP’lerle jeotermal potansiyelin kilidini açın

Zorlu jeotermal ortamların zorluklarıyla başa çıkabilmek için operatörlerin, derin jeotermal kuyuların taleplerine dayanabilen ve yağlama, kabuklaşma ve termal stres gibi sorunları çözebilen ESP’lere ihtiyacı vardır.

Halliburton mühendisleri GeoESP® pompa sistemini geliştirdiklerinde, jeotermal ortamları hesaba katan ve güvenlik, esneklik ve verimliliği önceliklendiren bir çerçeveyle başladılar. GeoESP sistemi, GeoESP pompası ve ilgili bileşenlerden oluşan çok yönlü, modüler ve sağlam bir teknoloji paketi olarak ortaya çıktı: GeoESP girişi, GeoESP kutu test kabı, GeoController® yüzey paketi ve GeoESP kızağı. Bu modüller, operatörlerin çeşitli jeotermal ortamlara uyum sağlamasına, jeotermal su çıkarımını en üst düzeye çıkarmasına ve giriş gücü maliyetlerini en aza indirmesine yardımcı olmak için Intelevate™ dijital platformuyla birlikte çalışır.

Mühendisler, GeoESP pompasını başlangıcından itibaren su kaldırma endüstrisinde yaygın olarak kullanılan cıvatalı hazneli pompalarla ilişkili sınırlamaların ve güvenlik sorunlarının üstesinden gelmeye yardımcı olmak için tasarladılar. Yeniden tasarım, uzun boru yükselticilerinden kaynaklanan ve metal yorgunluğuna yol açabilecek yanal hareketleri önlemek için hazneler için ek muhafazalar içeriyor ve bu da cıvataların yerinden oynamasına neden oluyor. Pompa muhafazaları, jeotermal uygulamaların gereksinimlerinin çok ötesinde olan 193 bara kadar diferansiyel basınçlara dayanabilir. Dahası, merkezleyici halkalı yukarı bakan cıvatalara sahip flanşlı bağlantılar, pompa kademelerini sabitleyerek gevşek cıvata riskini azaltır.

Mühendisler GeoESP sistemini modüler bir çözüm olarak tasarladıkları için operatörler saniyede 20 ila 160 litrelik akış hızlarını idare etmek için beş, yedi, 11 veya 14 pompa kademesine sahip önceden tanımlanmış yapılandırmaları kullanabilirler. 9,5 inçlik standart dış çap, GeoESP sistemine çeşitli kuyu giriş koşullarını idare etme uyumluluğu sağlar.

Kuyu sahasındaki çeşitli akış hızları ve kaldırma gereksinimleri için adaptasyon sürecini basitleştirir. Ayrıca tüm pompa yapılandırmaları için tek bir merkezleyici setiyle uyumluluğu garanti eder. Birden fazla kuyusu olan müşteriler için standardizasyon, envanter miktarını tek bir GeoESP sistemine düşürmelerine de yardımcı olur.

Modüler ESP bileşenleri güvenliği artırır, maliyetleri azaltır

Halliburton, jeotermal uygulamaların benzersiz taleplerini karşılamak için ek yeni ve yenilikçi teknolojilerle birlikte kireç, korozyon ve aşınmaya dayanıklı yüksek kaliteli, ısıya dayanıklı (150-250?C, 303-482?F BHT) malzemelerle GeoESP sistem bileşenleri üretir. Bu modüler bileşenler güvenliği artırır ve güç giriş maliyetlerini düşürür, ayrıca jeotermal kuyu sahalarında verimliliği artırır:

• GeoESP girişi: Derin ESP’ler küçük kasa çaplarından gelen yüksek akış hızlarını idare etmelidir, ancak küçük giriş boyutları bir zorluk oluşturabilir. Ek olarak, geleneksel pompa girişleri genellikle sıvı hareketini engeller ve bu da basınç düşüşleri nedeniyle kavitasyona ve kireç oluşumuna yol açabilir. Kolay değiştirilebilen, değiştirilebilir, modüler bir pompa girişi olan GeoESP girişi, tıbbi teknoloji gibi sektörler arası tasarımlardan ilham almıştır. Sistem, standart girişlerden %500 daha büyük bir giriş alanına sahiptir ve saniyede yaklaşık 10 litrelik akış hızları için basınç kaybını %30’un üzerinde azaltır. Küçük boyutlu katılara ve döküntülere karşı koruma sağlamak için ekranlı bir muhafazaya sahiptir. Optimize edilmiş giriş geometrisi, artan enerji tasarrufu için basınç düşüşünü azaltır ve pompa girişinin etrafında kireç ve kasa erozyonunun gelişimini daha da azaltır.
• GeoESP kutu test konteyneri: Giriş performans testleri için basit, 2000 kVA tak ve çalıştır yüzey çözümü operatörlerin zamandan ve paradan tasarruf etmesine yardımcı olur. GeoESP kutu test konteyneri ayrıca yüzey tesisi inşaatı, proje mühendisliği ve operasyon süresiyle ilgili maliyetlerden tasarruf sağlayabilecek nihai, uzun vadeli bir çözüm olarak da kullanılabilir.
• GeoController yüzey paketi: Jeotermal operasyonlar güç üretimi ve doğrudan ısıtmayı kapsar. Operasyonlar, ısı talebindeki mevsimsel değişiklikler nedeniyle çok yönlü akış hızları talep eder. GeoESP sistemi artık GeoController yüzey paketini içerir. Bu cihaz, geleneksel frekans sürücü kontrolörlerinin erişemeyeceği bir yetenek olan yük durumu dalgalanmalarına uyacak şekilde GeoESP motor ayarlarını ince ayarlar. Saha denemeleri, GeoController yüzey paketinin 40 Hz’de 1650 HP motor için 60 Hz’lik maksimum hıza kıyasla 50 kW’a kadar güç tasarrufu sağlayabileceğini göstermiştir. Bu, tahmini yıllık 130.000 €’luk bir güç maliyeti düşüşüne dönüşür. GeoController yüzey paketi, gelişmiş GeoESP operasyonları, korumaları ve optimize edilmiş güç tüketimi için verimli veri işleme, gerçek zamanlı sensör izleme ve uzaktan müdahalelerle çeşitli sistemler arasında sorunsuz iletişimi kolaylaştırır.
• GeoESP kızağı: ESP uygulamasının güvenliğini ve hızını artırmak için tasarlanan GeoESP kızağı, depolama, taşıma ve kuyu sahası hazırlığı sırasında GeoESP ekipmanını korur. Bükülmeye ve darbeye karşı dayanıklıdır ve daha güvenli yerleşik tasarım özellikleri sunar. GeoESP kızağı, ESP’nin kuyu sahasına montaj için hazır bir şekilde ulaşmasına yardımcı olur ve elleçleme ve kaldırma için gereken personeli azaltır. Tek bir kişi, ek yardım için forklift veya vinç olmadan teçhizatı hazırlayabilir. GeoESP kızağı, istiflenebilirliği, yağ yıkamayı etkinleştirme yeteneği ve sızıntı kontrolü sayesinde uzun vadeli depolamayı basitleştirir.

Operatörler GeoESP sistemiyle 1,5 milyon avronun üzerinde tasarruf sağladı

Tasarlanmış yapay kaldırma ekipmanlarının, özellikle GeoESP sisteminin etkinliğinin kanıtı, operatörlerin uygun olmayan pompalar nedeniyle önlenebilir kayıplardan kaçındıklarında ne kadar tasarruf ettikleridir.

Örneğin, bir Alman jeotermal operatörü su çıkarmak için iki ESP’ye güvendi ancak daha geniş bir çalışma aralığına sahip tek bir GeoESP sistemine geçti. Mühendis kurulum için ekipmanı değerlendirirken, düşük voltajlı değişken hızlı sürücü (VSD) çıkışında onarılamaz güç kalitesi sorunları tespit etti ve bu da yeni ekipman beklerken altı ay kesintiye neden olacaktı. Bu kesinti yalnızca maliyetleri etkilemekle kalmayacak, aynı zamanda binlerce Alman’ı ısısız bırakacaktı.

Ancak operatör, VSD değiştirme süreci sırasında kusursuz bir yüzey çözümü sağlayan bir GeoESP kutu test konteyneri kurdu. GeoESP kutu test konteyneri, Avrupa genelindeki farklı şebeke voltajlarına uyum sağlayabilir ve ekip VSD’yi değiştirirken jeotermal santrali destekleyebilir. GeoController yüzey paketi, operatöre saha hizmeti için hızlı ve kolay bir arayüz sağladı ve Intelevate dijital platformuna bağlandı; bu da onların bir cep telefonundan gerçek zamanlı verileri analiz etmelerine olanak sağladı. Kutu test konteynerinin bu hızlandırılmış dağıtımı, 1,5 milyon avronun üzerinde potansiyel bir kesinti kaybını ve ilişkili maliyetleri önledi.

Başka bir senaryoda, bir jeotermal operatörü, kireç birikimi nedeniyle 60 gün içinde üç ESP arızası yaşadı ve bu da sistemlerin kilitlenmesine ve şaftların kırılmasına yol açtı. Bu tür arızaların mali etkisi, çekme masrafları, ekipman değişimi ve operasyonel duruş süresi dahil olmak üzere 500.000 €’ya kadar yükselebilirdi. Intelevate platformu üzerinden bir GeoESP alımının ve sistem izlemesinin tanıtılması, kireç oluşumunun erken tespit edilmesini sağladı. Operatör önerilen önleyici tedbirleri uyguladı, çalışma süresini uzattı ve operasyonun genel verimliliğini artırdı, bu da maliyet tasarruflarıyla sonuçlandı.

Daha fazla hükümet ve tüketici jeotermali uygun maliyetli, güvenilir bir güç kaynağı olarak gördükçe, maliyetleri düşük tutma ve operasyonları sürdürme yeteneği sektörü canlandıracaktır. GeoESP sistemi gibi jeotermal uygulamalara göre uyarlanmış yapay kaldırma çözümleri, operatörlerin jeotermalin tüm potansiyelini ortaya çıkarmasına, güvenliği ve verimliliği artırmasına ve maliyetleri düşürmesine yardımcı olur.

GeoESP sistemi ve Halliburton’un jeotermal yetenekleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için Halliburton.com/geothermal adresini ziyaret edin.

Kaynak: ThinkGeoEnergy