Мощный волоконный лазер, используемый для ослабления твердых пород при геотермальном бурении
ИноСМИ, Промышленные лазеры 25.02.2019 Комментарии к записи Мощный волоконный лазер, используемый для ослабления твердых пород при геотермальном бурении отключены
Рис. Мощный лазер, управляемый струей воды, использовался для ослабления твердых пород до геотермального бурения.
Мощный волоконный лазер был успешно испытан в полевых испытаниях для ослабления твердых пород с целью повышения эффективности и уменьшения стоимости геотермального бурения, процесса, используемого для доступа к геотермальному теплу — чистому и устойчивому источнику энергии.
При бурении вглубь земной коры температура бурового долота не только повышается в среднем примерно на три градуса Цельсия на 100 метров, но и при столкновении с твердым камнем буровое долото изнашивается быстрее и скорость его проникновения уменьшается. Стоимость этого может быть непомерной, и часто мешает инвесторам продолжать глубокие геотермальные проекты.
Поэтому ученые из Института производственных технологий Фраунгофера объединили усилия с партнерами по исследовательскому проекту «LaserJetDrilling», чтобы разработать метод механического бурения твердых пород с помощью лазера — метод, который может не только повысить скорость проникновения при геотермальном бурении, но также помогает сохранить режущую кромку бурового долота путем ослабления и даже разрушения породы непосредственно перед началом бурения.
Ученые разработали эту технику, первоначально установив испытательный стенд с волоконным лазером на основе иттербия от IPG Photonics с выходной мощностью до 30 киловатт, который они затем использовали для успешного ослабления песчаника, гранита и кварцита — все это твердые породы с прочностью более 150 мегапаскалей — до 80 процентов. Для направления лазерного луча к поверхности скалы использовалась струя воды — подобно тому, как оптическое волокно способно направлять лазер — что также предотвращает загрязнение и повреждение чувствительной лазерной оптики и облегчает удаление осколков породы буровым инструментом. На следующем этапе инженеры использовали лазер на буровой установке в специально разработанной бурильной колонне и в сотрудничестве с Международным геотермальным центром в Бохуме протестировали новый инструмент в реальных условиях в полевых испытаниях, что также оказалось успешным.
Рис. Ученые Fraunhofer IPT установили буровую установку с использованием иттербиевого волоконного лазера мощностью 30 кВт для испытания метода на твердых породах, таких как песчаник, гранит и кварцит (Изображение: Fraunhofer IPT)
В будущих исследовательских проектах партнеры намерены дополнительно улучшить распределение мощности лазера и добавить цифровые датчики к гибридному инструменту, чтобы получить обратную связь от процесса бурения и, таким образом, иметь возможность реагировать на изменения материала на пути бурения. Гибкая регулировка выходной мощности лазера является одним из факторов, которые делают его особенно эффективным инструментом для содействия процессам сверления.
По словам партнеров проекта, разработанная мощная система бурения поможет в будущем снизить стоимость глубокого геотермального бурения и упростит использование геотермальной энергии в качестве неисчерпаемого источника энергии — поддерживая другие возобновляемые источники, такие как солнечный свет, ветер и вода.
Консорциум проекта LaserJetDrilling состоит из компаний Fraunhofer IPT, IPG Laser, швейцарской фирмы Synova — эксперта по использованию воды для направления лазерных лучей, Международного геотермального центра Бохума, производителя буровых установок Herrenknecht, производителя вертикальных и высоконапорных насосов Kamat Pumpen.
Проект финансировался Федеральным министерством экономики и энергетики (BMWi).
