Измерительные устройства для самой экстремальной среды на Земле
Норвежские учёные участвуют в создании самой горячей в мире геотермальной скважины в невулканическом районе. Цель — использовать неисчерпаемый запас тепла из недр Земли, что требует оборудования, способного выдержать экстремальные условия.
Международная исследовательская группа завершила трёхлетний проект ЕС DESCRAMBLE. Команда пробурила испытательную скважину на геотермальном поле в Тоскане (Италия). Проект возглавляет итальянская компания Enel Green Power, а её научным партнёром выступил SINTEF. Они пытаются использовать природные силы, встречающиеся на глубине около трёх километров. Эта скважина — самая горячая геотермальная скважина в мире в невулканической зоне. В Италии тепло Земли подходит близко к поверхности, и температура достигает 500–600 °C, что приводит к образованию сверхкритической воды. Если удастся использовать её энергию, эффективность геотермальных скважин может вырасти в десять раз, что резко снизит затраты. Однако в сверхкритической фазе жидкость становится коррозионной и разрушает буровое оборудование.
SINTEF разработал для проекта каротажный зонд, измеряющий температуру и давление на глубине. Эти данные критически важны для поиска энергоёмкой сверхкритической воды. Поскольку электрические кабели не работают при температуре выше 350 °C, оборудование работает на батареях. Температура записывается в скважине и считывается после подъёма устройства на поверхность.
«Мы столкнулись со множеством серьёзных проблем, но значительно продвинулись», — говорит Магнус Ельстюэн, руководитель исследований в SINTEF Harsh Environment Instrumentation.
При температуре 374 °C и давлении в 218 раз выше атмосферного вода переходит в сверхкритическое состояние — нечто среднее между жидкостью и газом. Именно эту форму ищут исследователи. SINTEF использует электронику и датчики с экстремальными характеристиками, комбинируя существующие компоненты и прототипы. Инструмент длиной 2,6 м и весом 50 кг имеет диаметр всего 76 мм. Например, применяемый микроконтроллер, работающий при температурах до 300 °C, доступен только как инженерный образец.
Температурный предел для современной электроники — около 250 °C, что сильно ограничивает выбор компонентов. Аккумуляторы также не рассчитаны на такие условия: самые надёжные работают при 70–200 °C и могут взорваться при 215 °C. «Мы создали своего рода "обратный термос", где внутренняя температура поддерживается ниже 210 °C, чтобы снизить нагрузку на оборудование», — поясняет Ельстюэн. Технология тестировалась в печи при температурах до 450 °C.
В процессе работы исследователи активно использовали опыт норвежской нефтяной промышленности в бурении глубоких скважин. Однако, в отличие от добычи нефти, сверхкритическую воду ещё никому не удавалось освоить. «Если мы сможем использовать геотермальное тепло, его хватит, чтобы снабжать энергией всё население планеты на протяжении многих поколений», — отмечает учёный. В самой глубокой точке проекта, на глубине 2810 метров, была зафиксирована температура 443,6 °C.