Sandia National Laboratories y una empresa comercial han diseñado una herramienta de perforación que resistirá el calor de la perforación geotérmica.
El martillo de fondo de pozo se adhiere al extremo de una columna de tubería de perforación y corta la roca con una acción de martilleo rápida similar a la de un martillo neumático. Los martillos de fondo de pozo no son nuevos: las industrias del petróleo, el gas y la minería los han usado desdeDécada de 1950, pero el diseño antiguo, con su dependencia de lubricantes a base de aceite, juntas tóricas de plástico y caucho, no es adecuado para las temperaturas más altas de la perforación geotérmica.
"La tecnología detrás del nuevo martillo es básicamente la misma, pero Sandia trabajó con Atlas Copco, con sede en Suecia, en la selección de materiales y la tecnología de lubricante seco que funcionará en el entorno de alta temperatura", dijo el ingeniero mecánico Jiann Su, investigador principal de Sandiaen el proyecto con Atlas Copco, que opera en todo el mundo y fabrica equipos y sistemas especializados para perforación, minería y construcción.
La Oficina de Tecnologías Geotérmicas del Departamento de Energía DOE financió a Atlas Copco como contratista principal del proyecto, y la empresa se asoció con Sandia como subcontratista.
"Parte de lo que busca hacer el Programa Geotérmico del DOE es ayudar a reducir el costo de llevar la energía geotérmica a los clientes", dijo Su, investigador del departamento de investigación geotérmica de Sandia. "Algo de reducir el costo es reducir la exploración y el desarrollocostos, y esa es una de las áreas que estamos ayudando a abordar "
El informe anual de producción de la Asociación de Energía Geotérmica de 2016 dijo que EE. UU. Tenía alrededor de 2,7 gigavatios de capacidad geotérmica neta a fines de 2015. Además, el mercado de EE. UU. Estaba desarrollando aproximadamente 1,25 gigavatios de energía geotérmica y nuevos estándares de cartera renovable en estados comoya que California y Hawai podrían crear oportunidades para la energía geotérmica, según el informe.
Su dijo que el martillo de alta temperatura podría ayudar a alcanzar esos objetivos de desarrollo.
El nuevo martillo de fondo de pozo será más para los perforadores
Su considera que el proyecto de tres años fue un éxito y dijo que el equipo y Atlas Copco están buscando oportunidades para implementar la herramienta.
"Desarrollamos una herramienta que se puede usar en entornos de alta temperatura que puede ayudar a aumentar las tasas de perforación y la tasa de penetración de 5 a 10 veces más que las operaciones de perforación convencionales, por lo que es una gran ventaja para los perforadores""Se agrega a las opciones disponibles que tienen los perforadores. Esta no es necesariamente la opción final para cada situación de perforación, pero proporciona una buena opción para la situación correcta".
Atlas Copco recurrió a Sandia por su experiencia en materiales, comprensión de cómo interactúan las superficies móviles y las pruebas y operaciones a altas temperaturas. "Atlas Copco es el experto en el diseño y fabricación de martillos, pero Sandia está mejor equipada para manejarLos desafíos de temperatura, la lubricación y los materiales ", dijo Su." Y las pruebas de alta temperatura no son algo que Atlas Copco hace típicamente ".
Una parte fundamental del proyecto fue desarrollar recubrimientos lubricantes, que ayudan a reducir la fricción entre las piezas, importante en las operaciones geotérmicas. "A medida que aumenta la temperatura, los aceites se cocinan esencialmente y se mete este desorden hollín en el interior. Es como manejar su automóvil por mucho tiempo sincambiando el aceite ", dijo Su. El martillo tiene componentes móviles internos que requieren lubricación, similar a un pistón en el motor de un automóvil.
El trabajo de su equipo sobre materiales y revestimientos lubricantes basados en décadas de investigación de Sandia en esas áreas. El equipo trabajó con el Centro de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Sandia en un lubricante sólido multicapa capaz de operar a altas temperaturas. Se utilizan comercialmente lubricantes sólidos similaresejemplo, para mejorar la vida útil de los componentes móviles en automóviles, pero el equipo de Su trabajó con una fórmula adaptada a las condiciones de operación y los materiales de base.
"Si estuviéramos comenzando desde cero, el nivel de dificultad habría sido alto, pero como Sandia tiene un historial de experiencia en ese campo, teníamos una idea de con qué comenzar", dijo. "Hizo las cosas muchomás fácil."
El desarrollo tomó tres años
El proyecto comenzó determinando si un martillo de alta temperatura era incluso posible. El equipo de Sandia inicialmente probó materiales y combinaciones de revestimiento que sobrevivirían a los entornos esperados mientras Atlas Copco diseñó un martillo sin piezas de plástico, dijo Su. Probaron el concepto,y el proyecto pasó los siguientes dos años construyendo martillos y una instalación para pruebas de alta temperatura.
Los martillos resultaron exitosos. "Pudimos alcanzar nuestras tasas de perforación, los materiales retenidos, los recubrimientos funcionaron bien", dijo Su.
La nueva instalación de Sandia está diseñada para probar martillos en condiciones de funcionamiento del mundo real, incluidas temperaturas de hasta 572 grados Fahrenheit 300 grados C. La perforación convencional generalmente ve temperaturas de menos de 320 grados F 160 grados C.
La instalación de prueba de alta temperatura de funcionamiento HOT, una estructura de concreto abierta de tres lados, alberga una plataforma de perforación de 20 pies de altura, una cámara de calentamiento y un calentador de gas de proceso. Los investigadores pueden simular condiciones en las profundidades subterráneas y las elevadas temperaturas que afectan el martillo.y puede perforar diferentes tipos de rocas, como el granito que se encuentra comúnmente en áreas ricas en geotermia. La instalación está equipada para medir los parámetros de perforación.
HOT fue en sí mismo un gran proyecto. "Nos tomamos un poco más de tiempo en el proceso de desarrollo, pero cuando lo unimos todo, todo funcionó más o menos como esperábamos", dijo Su. El trabajo requirió la integración de múltiples subsistemas, incluidos los sistemas eléctricos, mecánicos, neumáticos y de control. Sandia también trabajó con Atlas Copco en qué instrumentación se requería para recopilar los datos necesarios.
"Estamos utilizando la instalación para otras actividades que estamos haciendo ahora", como desarrollar la automatización de perforación, dijo Su. "Eso es una ventaja para Sandia".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorios Nacionales Sandia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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