Los científicos de investigación noruegos están contribuyendo al desarrollo del pozo geotérmico más caliente del mundo en un área no volcánica. El objetivo es aprovechar el inagotable suministro de calor del interior de la Tierra, y esto requiere equipos que puedan soportar las condiciones más extremas.

Un equipo de investigación internacional completó recientemente un proyecto de la UE de tres años llamado DESCRAMBLE (Drilling in dEep, Supercrítico, AMBIENTES DE EUROPA CONTINENTAL). Juntos, el equipo del proyecto ha perforado un pozo de prueba en un campo geotérmico en Toscana, Italia. La empresa italiana Enel Green Power, un productor mundial de energía verde, está encabezando el proyecto, con SINTEF como socio de investigación. Juntos intentan aprovechar las fuerzas naturales que se encuentran tres kilómetros más cerca del núcleo de la Tierra.

El pozo es el pozo geotérmico más caliente del mundo en un área no volcánica. Debido a que el calor terrestre se encuentra cerca de la superficie en Italia, el país es rico en áreas adecuadas para la perforación geotérmica, con temperaturas abrasadoras que alcanzan los 500-600 grados Celsius, resultando en agua supercrítica que los investigadores esperan descubrir. Y tienen muy buenas razones. Si logran explotar la energía de esta agua, Pueden perforar pozos geotérmicos que son diez veces más efectivos que los que están actualmente en operación. Esto tiene el potencial de reducir los costos drásticamente y allanar el camino para un futuro energético fantástico basado en recursos puramente naturales. Sin embargo, en su fase supercrítica, el líquido es corrosivo y ataca a cualquier equipo de perforación que lo encuentre.

Bomba de energía supercrítica

"Nos enfrentamos a muchos desafíos importantes, pero hemos recorrido un largo camino "dice Magnus Hjelstuen, Responsable de Investigación en SINTEF Instrumentación para entornos hostiles.

El equipo de medición que SINTEF ha desarrollado como parte de este proyecto es la llamada "herramienta de registro con cable" que puede medir temperaturas y presiones de fondo de pozo. Tales mediciones son cruciales en la búsqueda del agua supercrítica extremadamente rica en energía. Los datos de temperatura y presión indican cuándo la broca ha entrado en una zona que contiene dicha agua, y las propiedades geotérmicas del pozo (tanto la temperatura máxima como los cambios de temperatura causados ​​por la perforación) nos dirán cuánta energía puede producir el pozo.

Dado que los cables eléctricos no funcionan a temperaturas superiores a 350 ° C, El equipo de medición de SINTEF funciona con baterías. La temperatura se registra en lo profundo del pozo y se lee cuando el dispositivo regresa a la superficie.

En su fase supercrítica, el líquido es corrosivo y ataca a cualquier equipo de perforación que lo encuentre.

Esta no es una tarea sencilla. A dos o tres kilómetros en el interior de la Tierra, la temperatura y la presión aumentan enormemente. Algo muy especial sucede cuando la temperatura alcanza los 374 grados y la presión es 218 veces la presión del aire en la superficie. Nos encontramos con lo que llamamos agua supercrítica. Esta agua se encuentra en un estado físico que progresa de líquido a gas, y de allí a una fase supercrítica, en el que no es ninguno.

Es esta forma especial de agua, aún sin descubrir, que buscan los investigadores. Para alcanzar las condiciones que lo hacen supercrítico, el agua debe tener una temperatura mínima de 374 ° C, bajo presiones de 200 bar.

"Una columna de agua a temperatura ambiente debe llevarse a una profundidad de 2,2 kilómetros por debajo de la superficie para alcanzar una presión de 220 bar, "Explica Hjelstuen.

Pero cuando sube la temperatura del agua, su densidad cae. Esto significa que debemos profundizar aún más para pasar 220 bar y alcanzar condiciones supercríticas. Si el agua está contaminada con gases y minerales, que siempre es el caso en un pozo geotérmico, la temperatura debe ser aún más alta para que el agua se vuelva supercrítica.

Equipo extremo

SINTEF utiliza electrónica y sensores con capacidades extremas. Algunos de los componentes son de uso común, mientras que otros están todavía en la etapa de prototipo. El desafío para los investigadores noruegos ha sido combinar los sensores y la electrónica, y luego desarrollar software de computadora que permita que los componentes funcionen juntos.

"Nuestro desafío ha sido encontrar una combinación de componentes existentes que puedan funcionar de manera óptima dentro de nuestras limitaciones en términos de longitud del instrumento, peso y diámetro, especialmente en vista del entorno que el equipo encontrará en el pozo, "dice Hjelstuen.

El instrumento mide 2,6 metros de largo y pesa 50 kilogramos, pero tiene un diámetro de solo 76 milímetros.

"Por ejemplo, utilizamos un microcontrolador que funciona a temperaturas de hasta 300 ° C. Esto solo está disponible como un prototipo inicial (muestra de ingeniería). Por eso, hemos estado trabajando en estrecha colaboración con el fabricante para que funcione como queremos, " él añade.

Presión y temperatura intensas

En el presente, la temperatura límite para la electrónica es de alrededor de 250 ° C, y esto significa que la gama de componentes disponibles es muy restringida. La cantidad de baterías adecuadas tampoco es grande. Por ejemplo, las baterías más robustas del mercado funcionan a temperaturas de solo 70 a 200 ° C y explotarían si se someten a una temperatura de 215 grados. Por lo tanto, fabricar equipos de medición puede ser un proceso desafiante.

"Desde que comenzamos a perforar en condiciones normales de superficie, la temperatura en un día de invierno puede ser tan baja como 0 ° C para empezar, elevándose a más de 400 ° C en el fondo de un pozo. Hacer frente a tales fluctuaciones impone enormes exigencias al equipo. Hemos creado una especie de "termo inverso" en el que la temperatura interior se mantiene por debajo de 210 grados para reducir la tensión en el equipo. "dice Hjelstuen.

Los sensores se prueban y prueban antes de enviarse al campo.

"En cada etapa se debe realizar una enorme cantidad de pruebas de manera que simule lo más fielmente posible el entorno que nuestros instrumentos encontrarán en el pozo. Entre otras cosas, hemos utilizado un horno en Raufoss para probar la tecnología a temperaturas de hasta 450 ° C.

Enorme potencial

En el proceso de aprovechar la energía en el agua supercrítica, los investigadores han hecho un buen uso de la experiencia de la industria petrolera noruega en la perforación de pozos petroleros profundos. La explotación del calor geotérmico tiene mucho en común con la recuperación de petróleo. Por lo tanto, los tecnólogos del petróleo están incluidos en el equipo. Sin embargo, Considerando que durante muchas décadas hemos logrado explotar el potencial de los recursos petrolíferos, nadie ha conseguido todavía aprovechar el agua supercrítica.

"Si podemos tener éxito en la explotación del calor geotérmico, habrá suficiente para abastecer de energía a toda la población del planeta durante muchas generaciones. Hay plantas de energía nuclear donde el agua que cumple las condiciones para el agua supercrítica se alimenta a través de turbinas, por lo que sabemos que podemos tener éxito en la explotación de la energía de ese agua una vez que hayamos logrado extraerla ".

En el descenso más profundo del proyecto a la Tierra, el equipo de investigación realizó mediciones a una profundidad de 2810 metros. Aquí la temperatura alcanzó los 443,6 ° C.