DEPLOI the HEAT - CH – Demonstrate production enhancement through low cost dIrectional steel shot drilling for district heating - CH

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/502488

Short description (German)

Die zuverlässige und wirtschaftliche Produktivität von Geothermiebohrungen wird in hohem Maße durch Unsicherheiten der Reservoirqualität beeinflusst. Die Konstruktion von Multilateraleralbohrungen ist als effizientes Konzept bekannt, um den Herausforderungen der Reservoirheterogeneität zu begegnen. Die Bohrkosten für diese Lateralbohrungen sind jedoch sehr hoch. Das Hochdruck-Stahlkugelbohrsystem von Canopus hat das Potenzial, die Konstruktion von Multilateralbohrungen erheblich zu vergünstigen, so dass dieses Konzept auch wirtschaftlich in der mitteltiefen Geothermie eingesetzt werden kann. Das Potenzial dieser neuen Bohrmethoden für die Schweiz erscheint gross. Durch Feldversuche, Produktivitätsmodellierung und wirtschaftliche Analysen wird das Potenzial bewertet werden. Mehrere Schweizer Geothermieunternehmen sind an dieser Studie beteiligt und in Zusammenarbeit werden Leitlinien für die Anwendungen in mittlerer Tiefe (z. B. für Fernwärme) entwickelt und Folgeprojekte eruiert.

Short description (English)

Reliable delivery of economic well performance of mid-deep geothermal projects is affected to a high degree by uncertain reservoir quality. Construction of multi-lateral wells is well known as an effective concept to overcome the challenges of reservoir heterogeneity by increasing the reservoir contact. However, the drilling costs for these structures are very high and multi-lateral well construction with standard rotary steerable systems is complex. Canopus’ directional steel shot drilling system has the potential to enable construction of multi-laterals at rates attractive for geothermal applications. The operational performance and economic impact of Canopus’ novel drilling technology for Swiss appli-cations will be assessed by conducting field trials, productivity models and economic analyses. Several Swiss operators are involved in this study and in collaboration with them guidance for mid-deep geothermal applications (e.g. district heating) will be developed and follow-up projects scoped

Short description (French)

La productivité fiable et économique des forages géothermiques est fortement influencée par les incertitudes liées à la qualité des réservoirs. La construction de puits latéraux multilatéraux est connue comme une approche efficace pour relever les défis de l'hétérogénéité des réservoirs. Cependant, les coûts de forage de ces puits latéraux sont très élevés. Le système de forage sphérique en acier à haute pression de Canopus a le potentiel de réduire considérablement le coût de la construction de puits multilatéraux, de sorte que ce concept peut également être utilisé de manière économique dans la géothermie de moyenne profondeur. Le potentiel de ces nouvelles méthodes de forage pour la Suisse semble important. Des essais sur le terrain, une modélisation de la productivité et des analyses économiques permettront d'évaluer ce potentiel. Plusieurs entreprises suisses de géothermie participent à cette étude et une collaboration permettra de développer des lignes directrices pour les applications à moyenne profondeur (par exemple pour le chauffage urbain) et d'identifier des projets de suivi.

Publications / Results (German)

Geothermie hat ein grosses Potenzial, doch Bohrungen sind teuer. Deshalb wird intensiv an günstigen Bohrtechnologien geforscht. Eine davon ist die Stahlkugel-Bohrtechnik ('Directional Steel Shot Drilling'/DSSD). Ein Forscherteam der ETH Zürich hat die neue, noch in Entwicklung befindliche Technologie gemeinsam mit internationalen Partnern untersucht und das Potenzial für die Schweiz evaluiert.

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• Fachartikel_B. Vogel [PDF] 3'097 kB

Publications / Results (English)

Geothermal energy has great potential, but drilling is expensive. That is why intensive research is being conducted into affordable drilling technologies. One such method is Directional Steel Shot Drilling (DSSD). A research team at ETH Zurich, together with international partners, has investigated this still-developing technology and assessed its potential for Switzerland.

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• Specialised article_B. Vogel [PDF] 3'059 kB

Final report (German)

Directional Steel Shot Drilling (DSSD), eine neuartige, von Canopus Drilling Solutions B.V. entwickelte Richtbohrtechnologie, bietet eine innovative Lösung zur Steigerung der Produktivität und Kosteneffizienz von Geothermiebohrungen. Die DSSD-Technologie ermöglicht den kosteneffizienten Bau von Multilateral-Bohrungen, um den Kontakt zum Reservoir zu erhöhen. Hierdurch können die Herausforderungen geringer Reservoirqualität minimiert werden, vor allem wenn diese auf größere Heterogenität und geringe Durchlässigkeit des Reservoirs zurückzuführen sind. Die DSSD-Technologie kombiniert das konventionelle mechanische Bohren mit der erosiven Wirkung von Stahkugeln, die im Bohrmeissel beschleunigt werden. Die Wirkung der Stahlkugeln kann in Abhängigkeit von der Ausrichtung des Bohrmeißels gesteuert werden, wodurch ein neuartiges Richtbohrsystem entsteht, dass die Herstellung komplexer Bohrlochgeometrien vereinfacht. Im Rahmen des EU-GEOTHERMICA-Projekts DEPLOI the HEAT wurde die DSSD-Technologie von Canopus umfangreichen Labortests unterzogen, ein Prototyp wurde gebaut und in einem Feldversuch in der Schweiz eingesetzt. Darüber hinaus wurde im Rahmen des Schweizer Beitrags zum GEOTHERMICA-Projekt eine Modellierungsstudie durchgeführt, um die Auswirkungen dieser Technologie auf geothermische Projekte mit mittlerer Tiefe in der Schweiz für Fernwärmeanwendungen zu bewerten.

Final report (English)

Directional Steel Shot Drilling (DSSD), a novel directional drilling technology developed by Canopus Drilling Solutions B.V., offers an innovative solution to enhance the productivity and cost-effectiveness of geothermal drilling. The DSSD technology allows for the cost-effective construction of multilateral wells to increase the reservoir contact, thereby overcoming challenges of reservoir quality, primarily due to heterogeneity and low permeability of the reservoir. The DSSD technology combines conventional mechanical drilling action with the erosive action of pressure accelerated steel shots. The steel shot action can be controlled with respect to the orientation of the drilling bit resulting in a novel rotating directional drilling system that simplifies the creation of complex borehole geometries. As part of the EU GEOTHERMICA project DEPLOI the HEAT, Canopus’ DSSD technology underwent extensive lab testing and a prototype has been constructed and deployed in a full operational field trial in Switzerland. Additionally, a modeling study was conducted as part of the Swiss contribution to the GEOTHERMICA project to assess the impact of this technology on medium-depth geothermal projects in Switzerland for district heating applications.

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• Final report_english [PDF] 18'495 kB

Final report (French)

Le forage directionnel à la grenaille d'acier (DSSD), une nouvelle technologie de forage directionnel mise au point par Canopus Drilling Solutions B.V., offre une solution innovante pour améliorer la productivité et la rentabilité des forages géothermiques. La technologie DSSD permet la construction rentable de puits multilatéraux afin d'augmenter les surfaces de contact avec le réservoir et de surmonter ainsi les défis liés à la qualité de ce dernier, principalement en raison de son hétérogénéité et de sa faible perméabilité du réservoir. La technologie DSSD combine l'action mécanique conventionnelle du forage avec l'action érosive des grenailles d'acier accélérées par la pression. L'action de la grenaille d'acier peut être contrôlée en fonction de l'orientation du trépan, ce qui permet d'obtenir un nouveau système de forage directionnel rotatif qui simplifie la création de géométries de forage complexes. Dans le cadre du projet européen GEOTHERMICA DEPLOI the HEAT, la technologie DSSD de Canopus a fait l'objet d'essais approfondis en laboratoire et un prototype a été construit et déployé dans le cadre d'un essai de terrain pleinement opérationnel en Suisse. En outre, une étude de modélisation a été réalisée dans le cadre de la contribution suisse au projet GEOTHERMICA afin d'évaluer l'impact de cette technologie sur les projets géothermiques de moyenne profondeur en Suisse pour les applications de chauffage urbain.