能源知識庫

重點摘述

現行地熱能發電系統示範獎勵辦法要求地熱發電開發業者需進行尾水回注，達到資源永續之目的，然而不當之回注將會有重大之風險存在，包含溫降及地層汙染。地熱井探勘及鑽鑿投資，一直到發電機組、廠房等建置，1MWe以上地熱電廠投入成本皆是以億元為單位，當發電後較低溫尾水回注至地層，主要為達到永續循環及增產之目的，如在回注前未經科學化的選擇回注井及做出正確之回注規劃，可能使得生產井之生產溫度降低，進而使得發電效率下降，甚至因溫降而減小生產井生產壓力及產量，引起整體投資走向失敗。而此科學化建議依據可透過地熱水追蹤技術來獲取。國內在地熱儲集層工程流體追蹤技術處於萌發期，缺乏地熱流體追蹤工作經驗及能力，對流體在生產井與回注井(井群)之間流動行為了解不足，可能做出錯誤之地熱發電設置規模評估。

地熱水追蹤技術是利用回注井將示蹤劑擠注至地下儲集層，再經由生產井生產回收，過程中可獲得示蹤劑隨時間遷移之示蹤劑濃度，從而獲取儲集層流體流動路徑、時間、經過岩石裂隙在儲集層中佔比等，進行尾水/冷水回注對儲集層之補注作用、流體流動行為、岩石熱採收效率及溫度下降預測評估，做出回注管理(Reinjection management)、溫度管理(Temperature management)、增產管理(Production capacity increase management)及熱採收效率管理(Heat mining efficiency)等決策建議(G. Axelsson et al., 2005)。

示蹤技術除應用於地熱能開發外，於世界性規模市場中，更常被應用於石油探勘及開採，且歷程已有數十年，透過示蹤試驗以定性或定量方式來質化及量化地層中儲藏油(氣)，亦是作為估算殘餘油飽和度的低成本且最有用工具之一，並很難被其他技術所取代。透過單井或多井示蹤測試，將示蹤劑與載液(水驅或氣驅)一起注入回注井中，並定時於生產井中檢測，可以維持幾天至數年的持續追蹤。不同油田規模及所需時數不同，每個石油案場示蹤技術應用成本介於數十萬美元至千萬美元6F[1]。根據蘇黎世聯邦理工學院報導(ETH Zurich news)，現今每年在地熱及石油探勘及開採過程，示蹤技術所能達到之規模可高達3.5億美元7F[2]。

示蹤試驗(Tracer test)不管在水循環、環境保護、石油開採及地熱流體行為追蹤應用皆是不可缺少之重要工程手段，現行使用之示蹤劑主要為放射性同位素、螢光劑及化學藥品等。然而現行之示蹤劑普遍有著(熱)衰減之問題，而為了提升偵測濃度需擠注更大量之示蹤劑於含水層中，以確保回收示蹤劑達到儀器可偵測濃度，但大量示蹤劑的擠注，使環境污染風險大幅提升，以及應用時同場址無法短期重複使用之缺點；不管在地熱或石油工程應用時，當遇到需同時多井示蹤時，使用之示蹤劑種類將分別不同，這也將增加後續採樣分析困難度及成本。

耐高溫低污染的專一性示蹤劑除有助於地熱流預測，降低地熱開發風險及提升發電效益；在油氣田開發過程，應用於二級採油及三級採油程序時，作為確認石油殘油飽和度及激勵增產評估，為必備工具。本研究提出新型示蹤劑概念，利用生物鹼基具有可專一性及容易檢測的特性(即時聚合酶鏈式反應，Real-time polymerase chain reaction，簡稱rt-PCR或Q-PCR)，開發具單一性、無干擾、無衰減、易檢測及環境負荷小之複合型生物示蹤劑，解決現有示蹤技術所遭遇之瓶頸。同時，由於複合型生物示蹤劑可透過生物鹼基序列合成方法，獲得無數種具專一性示蹤劑，解決現今示蹤劑在儲集層過於單一且無法同時進行流體傳輸路徑多點追蹤多點施作之問題。108年度除了持續改善107年研發成果，精進耐溫能力、耐溫持久性及生產規模化程序，並將衍伸應用於石油探勘工程，根據石油工程應用特性，來改良複合型生物示蹤劑，提升市場應用價值，未來可進一步完成實場應用之複合型生物示蹤劑及商業模式。