ASFEU – Vrtná technológia

Dňa 1. augusta 2010 spoločnosť Geothermal Anywhere (dnes GA Drilling) ako prijímateľ začala implementovať projekt s názvom „Aplikovaný výskum a vývoj inovatívnej vŕtacej technológie pre ultra hlboké geotermálne vrty“ a kódom ITMS 26240220042 spolu so svojimi partnermi Ústavom materiálov a mechaniky strojov Slovenskej akadémie vied, Univerzitou Komenského v Bratislave a Slovenskou technickou univerzitou v Bratislave.

Hlavným cieľom projektu bolo vytvoriť inovatívny systém generovania vodného lúča na báze využitia elektrického plazmového výboja so zvýšeným pulzným účinkom. Projekt pozostával zo šiestich hlavných aktivít a z dvoch podporných aktivít. Dĺžka projektu aplikovaného výskumu je 36 mesiacov, čo je optimálna doba na dosiahnutie stanovených cieľov.

Dňa 31. júla 2013 spoločnosť GA Drilling spolu s projektovými partnermi STUBA, UK BA a ÚMMS SAV úspešne ukončili implementáciu projektu „Aplikovaný výskum a vývoj inovatívnej vŕtacej technológie pre ultra hlboké geotermálne vrty.“ Projekt sa realizoval počas 36 mesiacov, v priebehu ktorých sa nám postupne podarilo splniť všetky stanovené projektové ciele, dosiahnuť naplánované výstupy a taktiež naplniť všetky naplánované projektové indikátory.

Na tento úspešne odimplementovaný projekt chceme nadviazať v podobe ďalších projektov, kde sa budeme ďalej venovať nadväznému výskumu inovatívnej vŕtacej technológie pre ultra hlboké geotermálne vrty.

Aktuálne prebieha 5-ročné obdobie udržateľnosti, počas ktorého sa bude projekt aj naďalej monitorovať.

Čiastkové výsledky projektu

Gliding arc – „kĺzajúci oblúk“

V rámci projektu „Aplikovaný výskum a vývoj inovatívnej vŕtacej technológie pre ultra hlboké geotermálne vrty“ sa vedci zaoberali využitím tzv. gliding arc efektu pre potreby konceptu inovatívnej vŕtacej technológie. Ide o využitie známeho vplyvu magnetického poľa na vodič nachádzajúci sa v tomto poli.
Magnetické pole pôsobí na vodiče tzv. Lorenzovými silami podľa pravidla pravej ruky. Keďže elektródy v tomto poli sú umiestnené napevno, vplyvom týchto síl sa otáča iba samotný oblúk. Cieľom série týchto úspešných experimentov je zvládnutie ovládania pohybujúceho sa oblúka.
Toto je dôležité pre správne fungovanie elektród pripravovaného konceptu. Pohybujúci sa oblúk umožní rovnomerné rozloženie zaťaženia po celej ploche elektród a zabráni ich lokálnemu odtavovaniu.
Tieto experimenty prevedené vo vzdušnom prostredí taktiež umožňujú prognózovať správanie sa takéhoto oblúka vo vodnom prostredí, v ktorom má koncept pracovať.

Modelovanie pomerov v oblúkovej komore plazmatrónu

Modelovanie pomerov v oblúkovej komore plazmatrónu – ústredného zariadenia inovatívnej vŕtacej technológie – je určené vstupom z výparníka a výstupom z dýzy. Plazmotvorným médiom je para, ktorej rýchlostné polia, tlakové pomery a celkový stav je mapovaný pre optimálny návrh anódy a dýzy.
Na základe experimentov sa uskutočňuje preverovanie volt-ampérových (VA) charakteristík v závislosti od prietoku plazmotvorného média. Výtoková rýchlosť v pary je daná funkciou teploty, t.j. prehriatia pary, čím je generované potrebné množstvo a aj výsledná výtoková rýchlosť z generátora plazmy.
Dynamické pomery a fluidný model pre optimalizáciu a preverenie výtokových charakteristík oblúkovej komory plazmatrónu sa nachádzajú na doleuvedených obrázkoch:

Kontaktný princíp vzniku elektrického oblúka

Prvotný štart (a prípadný reštart) vrtnej plazmovej hlavice má na starosti autonómny systém využívajúci kontaktný princíp vzniku elektrického oblúka a žiadaného plazmotvorného procesu. Základným prvkom kontaktného štartovacieho systému je solenoidový aktuátor špeciálne navrhnutý pre naše vrtné zariadenie a pre extrémne pracovné podmienky.
Solenoidový aktuátor využíva elektromagnetickú motorickú (reluktančnú) silu pre pohyb štartovacej elektródy k pracovnej, čím dôjde k uzatvoreniu štartovacieho elektrického obvodu.
Následným spätným pohybom štartovacej elektródy do pracovnej polohy sa v medzi elektródovom priestore vytvorí elektrický oblúk, ktorý je základom plazmotvorného procesu.

Zníženie degradácie zariadenia vplyvom tepelného toku

Výskumný tím sa zaoberal dimenzovaním chladenia anódy konfúzorneho generátora plazmy so zameraním na zníženie tepelného namáhania čela generátora. Spojený systém kanálikov chladiacej a výplachovej vody, ktorá je privádzaná do medzisteny anódy za účelom chladenia a výplachu bola modifikovaná s cieľom regulácie prietoku prepadového a výplachového média.
Pri vnáraní zariadenia bolo potrebné vymedziť objemový tok nosného média s cieľom vyniesť dezintegrované fragmenty kvapôčok taveniny a pevných roztrhaných čiastočiek narúšaného materiálu a ochrániť plášť tela plazmatrónu pred ich tepelným a abrazívnym účinkom.

Zníženie tepelného namáhania katódy

Výskumní pracovníci navrhli vysokotlaký okruh, ktorého cieľom je zvýšenie prestupu tepla zvýšením odvodu tepla a zlepšením dynamiky celého systému. Na základe vnútorných rozmerov pracovnej jednotky boli definované maximálne konštrukčné rozmery vysokotlakého solenoidu.
Pri návrhu boli zohľadňované konštrukčné celky, ktoré tvoria geometrické obmedzenia na umiestnenie zariadenia. Výskumní pracovníci navrhli rozdeľovač, ktorý zabezpečuje ekvipotenciálne hladiny výtoku trysiek pri nízkych celkových stratách.