انقر هنا لمشاهدة فيديو "ملخص مرئي" لهذا الاختراع.
اختراعات علي پور أحمد | التصنيف: اختراعات جديدة في العالم | ذات صلة: الاكتشافات العلمية والاختراعات التكنولوجية
مالتغلب على قيود الحفر العميق للغاية من خلال تطوير وتحسين نظام التبريد لتقنية الليزر للوصول إلى موارد الطاقة الحرارية الأرضية أو حفر آبار النفط | توليد الكهرباء باستخدام آبار الطاقة الحرارية الأرضية
◉ الاختراع: حفر آبار عميقة للوصول إلى النفط والطاقة الحرارية الأرضية
◉ المخترع وصاحب براءة الاختراع: علي بور أحمد
◉ التصنيف: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
◉ المقدمة والأهداف:
في هذه المقالة، سنصف بإيجاز اختراع إزالة قيود الحفر العميق من خلال تطوير وتحسين نظام التبريد لتكنولوجيا الليزر للوصول إلى موارد الطاقة الحرارية الأرضية أو حفر آبار النفط العميقة جدًا.
لقد أصبح التحول من مصادر الطاقة غير المتجددة وما يترتب على ذلك من تزايد تعطش المجتمع البشري لمزيد من استهلاك الطاقة من أهم القضايا في العالم اليوم، حيث تعتبر زيادة الوصول إلى الطاقة الأرخص ثمناً عنصراً أساسياً للتقدم والازدهار في العديد من البلدان. ومع ذلك، فإن تكلفة هذا التقدم هي التدمير الذي لا يمكن إصلاحه للبيئة من خلال الإنتاج المفرط للغازات الدفيئة وما يترتب على ذلك من آثار مدمرة. على سبيل المثال، يمثل استخدام الطاقة غير المتجددة أكثر من 75% من انبعاثات الغازات الدفيئة في الاتحاد الأوروبي، في حين تم تحديد التحول من الطاقة غير المتجددة وإزالة الكربون إلى تكنولوجيات إنتاج الطاقة النظيفة والخالية من ثاني أكسيد الكربون باعتباره الهدف السابع لأهداف الأمم المتحدة للتنمية المستدامة. لذلك، فإن تطوير تقنيات الطاقة المتجددة وتحسينها، مثل الطاقة الحرارية الأرضية، والتي يمكن الوصول إليها من خلال كيلومترات من الآبار المحفورة في الأرض، يمكن أن يكون أحد الحلول الرئيسية للتغلب على عملية التدمير البيئي. وفي هذا السياق، تحاول الحكومات، باعتبارها الراعي الرئيسي لإنتاج الطاقة، تحقيق حلول أكثر فعالية من حيث التكلفة وتشغيلية للحفر في آفاق أعمق، مثل أعماق المحيطات المجهولة، لأن المحيطات تغطي حوالي 70% من سطح الأرض وتقع معظم المياه على عمق أكثر من 2000 متر. ومع ذلك، باستخدام التقنيات الحالية، فإن الوصول إلى هدف الحفر على أعماق أكثر من 5000 متر يفرض بعض التحديات والقيود التقنية، وهذه هي المشكلة التي سعيت إلى حلها بفكرة اختراع نظام تبريد جديد بتقنية الليزر.
◉ الاختراع: حفر آبار عميقة للوصول إلى النفط والطاقة الحرارية الأرضية
◉ المخترع وصاحب براءة الاختراع: علي بور أحمد
◉ التصنيف: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
يوفر ابتكار الحفر بالليزر الفرصة للاختراق العميق باستخدام المبادلات الحرارية في أعماق غير ممكنة مع تقنيات الحفر التقليدية القائمة على الحفر لأنه في الحفر التقليدي (بالنظر إلى الحاجة إلى المعدات وتآكل مكونات سلسلة الحفر، وخاصة لقم الحفر، مما يؤدي إلى مستويات أعلى من الوقت غير الإنتاجي NPT وزيادة تكاليف الإنجاز)، فإننا نواجه تحديات خطيرة باعتبارها العقبات الرئيسية التي تحول دون الوصول إلى أعماق كبيرة في الأرض. حتى الآن تم إجراء العديد من التجارب والأبحاث حول الجمع بين الحفر بالليزر والحفر الميكانيكي كتقنية مستقلة، إلا أن استخدام هذا المزيج في إنتاج الطاقة لا يزال يواجه مشكلة عدم تشغيله بسبب متطلبات استخراج الطاقة الحرارية الأرضية في الحلقة المفتوحة التقليدية (الحفاظ على أو توسيع كسور الصخور EGS). ويتعلق التحدي الأهم والرئيسي لتقنية الحفر بالليزر بتبريد رأس الحفر وغسل الصخور المنصهرة من أعماق البئر العميقة. لكن على الرغم من هذه المشكلة التقنية، يجب علينا أيضًا الانتباه إلى نقطة مهمة وهي أنه في أهداف التخطيط المحددة للوصول إلى الطاقة الحرارية الأرضية، يتم الاعتراف بـ "الحفر العميق بالليزر" باعتباره الحل الوحيد لتدمير وحفر الصخور شديدة الصلابة والبلورية الموجودة على أعماق كبيرة. بدون شك، في المستقبل القريب جدًا، مع تفعيل "الحفر العميق بالليزر"، سيكون من الممكن اختراق أعماق عميقة جدًا حيث توجد حرارة غنية بالإشعاع.
على الرغم من وجود حرارة مشعة مثبتة في أعماق الأرض، لا تزال هناك تحديات كبيرة أمام استخراج مثل هذه الطاقة القيمة على نطاق تجاري واسع. في الوقت الحالي، يمكن الوصول إلى عدد صغير من خزانات المياه الساخنة (درجات حرارة تتراوح بين 50 و100 درجة مئوية على عمق 2 إلى 3 كيلومترات تحت سطح الأرض)، لكن مصادر المياه الساخنة هذه تقتصر على المناطق النشطة تكتونيا ذات الظروف الجيولوجية المناسبة، مثل السخانات أو المناطق البركانية. ومن ناحية أخرى، لدينا صخور شديدة الحرارة في جميع أنحاء العالم على أعماق تزيد عن 8 إلى 10 كيلومترات تحت سطح الأرض والتي يمكننا استخدامها كسائل كثيف لتسخين المياه التي يتم ضخها اللازمة لمحطات توليد الطاقة. لكن الوصول إلى الصخور شديدة الحرارة ليس بالأمر السهل، لأن هذه التكوينات الجيولوجية توجد على عمق 10 كيلومترات تحت سطح الأرض، وهو أكثر من ضعف عمق بئر نفط نموذجي. في مثل هذه الأعماق، وتحت ضغوط ودرجات حرارة عالية للغاية، تصبح الأسنان والمحامل الميكانيكية لمثاقب كربيد التنغستن أو المثاقب ذات الرؤوس الماسية هشة وغير صالحة للاستعمال بسرعة، مما يؤدي إلى حفر بطيء جدًا لآبار النفط، حتى يصل إلى متر في الساعة. والآن، إذا أضفنا العملية المكلفة والمستهلكة للوقت المتمثلة في استبدال مكونات الحفر الحساسة بالاستخراج الصعب من أعماق طويلة للغاية إلى مشكلة تقدم الحفر البطيء، فسوف نفهم لماذا تم استبعاد أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية للصخور شديدة السخونة على نطاق شبكي من 95٪ من "سلة إنتاج الطاقة النظيفة العالمية". ومع ذلك، فإن الفرصة للتغلب على القيود التقنية للحفر العميق للغاية لا تزال موجودة، وفكرتي الجديدة في هذا المقال هي في هذا الاتجاه.
◉ الاختراع: حفر آبار عميقة للوصول إلى النفط والطاقة الحرارية الأرضية
◉ المخترع وصاحب براءة الاختراع: علي بور أحمد
◉ التصنيف: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
هناك بعض المشكلات الفنية في الحفر بالليزر والتي تحتاج إلى معالجة من قبل المهندسين والمبتكرين والمخترعين. على سبيل المثال، مع امتداد الآبار إلى ما يزيد عن 10 كيلومترات، يظل الحفاظ على تماسك الحزمة ومنع فقدان الطاقة على طول جدران الدليل الموجي يمثل عقبة خطيرة في الهندسة المبكرة للحفر بالليزر. ومن ناحية أخرى، فإن إرسال غازات التطهير عدة كيلومترات إلى الأرض لتطهير الجسيمات النانوية الصخرية يسبب احتكاكًا شديدًا للسوائل في جدران البئر الرقيقة، مما يتطلب مضخات ضاغطة عالية الطاقة جدًا للتعويض عن انخفاض الضغط هذا. هناك قضية أخرى مهمة وهي القلق البيئي الشائع من أن الحفر العميق قد يسبب زلازل صغيرة في المناطق السكنية أو موائل الحيوانات والطيور بالقرب من محطة الحفر. ويكمن جزء من هذا التحدي في أن أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية التقليدية المتقدمة والحدود التكتونية الناشئة، والتي تعتبر هشة للغاية وغير مستقرة، تستهدف خطوط الصدع حيث توجد حرارة ضحلة. ولكن مع تطور هذه التقنية في المستقبل القريب، سيكون من الممكن حفر الليزر بشكل أعمق في معظم الأماكن وسيكون من الممكن الوصول إلى الحرارة في أماكن بعيدة عن المستوطنات البشرية وموائل الحيوانات والطيور. ولذلك، يمكن تنفيذ 95% من عمليات الحفر العميق للغاية في المستقبل في بيئات مستقرة ومعزولة تمامًا عن خطوط الصدع النشطة ومخاطر النشاط الزلزالي. في السنوات الأخيرة، دفع الطلب المستمر والمتزايد على الوقود الأحفوري، وخاصة النفط والغاز، صناعة الحفر والتنقيب إلى التوغل في المياه العميقة جداً، حيث يتم حفر الآبار إلى أعماق أكثر من 7500 متر وبتكاليف عالية جداً (أكثر من 100 مليون دولار). في مثل هذه الأعماق، تنشأ تحديات خطيرة في الخزان مع ضغوط مسام عالية جدًا، والتي عادة ما تتجاوز حتى علامة 138 ميجا باسكال.
وعلى الرغم من بعض المشاكل المذكورة، فإن استخدام الطاقة الحرارية الأرضية لإنتاج الطاقة المتجددة يعتبر ضروريا نظرا لتزايد مخاطر التلوث من الوقود الأحفوري في المستقبل. على الرغم من زيادة العمق، تزيد تكاليف الحفر بسبب تآكل أدوات الحفر وانخفاض معدلات الاختراق، ونتيجة لذلك، المخاطر المالية، إلا أن الاستخدام المشترك للحفر بالليزر عالي الطاقة مع الحفر البري أو الحفر بنفث الماء يمكن أن يقلل بشكل كبير من تكاليف الحفر العميق بالطاقة الحرارية الأرضية مع تطوير وزيادة معدل الاختراق في الأرض ويصبح مصدرًا فعالاً من حيث التكلفة للطاقة المتجددة في فترة الاستهلاك طويلة المدى. يمكن لنظام الحفر بالليزر المقترح في هذه المقالة أن ينجح بشكل كبير في تقليل تكاليف الحفر الحراري الأرضي العميق باستخدام التبريد بالليزر ويمكن أن يساعد في استخدام الطاقة الحرارية الأرضية كمصدر موثوق ودائم للحرارة داخل الأرض دون حدود. يمكن للفكرة المقترحة في هذه المقالة أن تأخذ جزءًا من أهداف مزيج الطاقة من خلال تمكين الحفر بالليزر في الأرض العميقة جدًا والحارة جدًا واستكمال مصادر الطاقة المتجددة الأخرى مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية بطريقة صديقة للبيئة نسبيًا. وفي حين لا يزال الوقود الأحفوري والطاقة النووية من العوامل الرئيسية المسببة للتدمير البيئي من خلال إنتاج النفايات غير المتجددة، فإن محطات الطاقة المعتمدة على الطاقة الحرارية الأرضية قادرة على إنتاج الكهرباء بشكل مستمر ومستدام على مدار 24 ساعة يوميا، من دون الاعتماد بشكل كامل على تدفق المياه، أو ضوء الشمس، أو الرياح. ولذلك فإن ابتكار أي طريقة وفكرة لتحقيق الهدف المهم المتمثل في منع انتشار التلوث العالمي هو أمر مهم للغاية ويستحق بلا شك البحث والتطوير والتنفيذ.
◉ الاختراع: حفر آبار عميقة للوصول إلى النفط والطاقة الحرارية الأرضية
◉ المخترع وصاحب براءة الاختراع: علي بور أحمد
◉ التصنيف: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
◉الوصف التكميلي والفني للاختراع:
يعوق عملية الحفر على أعماق كبيرة وجود صخور شديدة الصلابة، مما يبطئ عملية تغلغل الحفر في باطن الأرض. ويكون هذا البطء أكثر وضوحا في الآبار التي يزيد عمقها عن 15 ألف قدم (5 كيلومترات)، لأن معدل الاختراق في هذه الأعماق يتراوح بين 60 و90 سنتيمترا في الساعة، وهو ما يستهلك بسهولة 50% من إجمالي تكاليف الحفر في الـ 10% الأخيرة من البئر. في هذه الأعماق، يكون منحدر الكسر ضحلًا جدًا، مما يضع قيودًا فنية شديدة على سوائل الحفر من حيث الكثافة وضغوط الدوران. التحدي الصعب الآخر للحفر على أعماق كبيرة هو مواجهة القباب الملحية الصلبة، التي يتراوح عمرها بين 30 إلى 60 مليون سنة، والتي تقع في الجزء العلوي من رواسب العصر الثالث السفلي. وبسبب وجود الملح في هذه الأعماق، لم يتم ضغط الصخور الأساسية، بل تحولت إلى ركام، وتتسبب ركام القبة الملحية هذه في انسداد البئر وتجعل من الصعب والمكلف للغاية مواصلة الحفر بالحفر على أعماق كبيرة. تواجه الآبار في مثل هذه الأعماق ضغوطًا ودرجات حرارة عالية (آبار HPHT)، والتي تتطلب بلا شك معدات مصنوعة من معادن أكثر تكلفة وأكثر كفاءة وأكثر سمكًا لمواصلة الحفر. وقد دفع هذا التحدي الخطير الشركات المتخصصة في الحفر إلى التوجه نحو اختراع، وتطوير تقنيات جديدة تختلف عن الحفر التقليدي، وهو ما يشار إليه بـ "اختراع أساليب جديدة للحفر بالضغط المُدار".
وللتغلب على هذه التحديات، يجب أن تتجه صناعة الحفر نحو طرق اختراق جديدة مثل الحفر الهجين باستخدام الليزر. يقوم الخبراء في هذا المجال بتصميم نظام أجهزة عالي الأداء لنقل أشعة الليزر عالية الطاقة لمسافات طويلة من خلال كابلات الألياف الضوئية المرنة. عندما يتم دمج القوة التدميرية لليزر مع لقمة الحفر الميكانيكية، فإنها تتيح اختراقًا سريعًا ومستدامًا للتكوينات الصخرية الصلبة (مثل الجرانيت والكوارتزيت) التي تكون باهظة الثمن وفي بعض الأحيان يكون من المستحيل حفرها واختراقها باستخدام لقم الحفر الميكانيكية التقليدية. في الواقع، فإن طاقة الليزر التي تستهدف الصخور وتُطلق عليها تجعل الصخور هشة وناعمة تمامًا، لأن الروابط بين بلورات الصخور تضعف وتظهر الكسور في نسيج الصخر. تسمح "عملية ما قبل الاختراق" هذه للمثقاب الميكانيكي باختراق أصعب الصخور بشكل أسرع والتغلغل بشكل أعمق. يتمتع الحفر بمساعدة الليزر بإمكانية أن يكون اقتصاديًا بما يصل إلى 10 مرات أكثر من تقنيات الحفر الميكانيكية التقليدية، لكن هذا الاحتمال الجذاب يتطلب مزيدًا من التطوير والتغلب على تحديات درجات الحرارة المرتفعة والحرارة في أعماق الأرض قبل أن يتم تسويقه وتنفيذه بشكل لا تشوبه شائبة. تؤثر درجات الحرارة المرتفعة للغاية بسهولة على عمل أجهزة الليزر، التي تصل مكوناتها إلى درجات حرارة عالية جدًا وحرجة بسبب التفريغ القوي للطاقة الكهربائية، مما يؤدي إلى تعطل معدات الليزر في أعماق الأرض.
◉ الاختراع: حفر آبار عميقة للوصول إلى النفط والطاقة الحرارية الأرضية
◉ المخترع وصاحب براءة الاختراع: علي بور أحمد
◉ التصنيف: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
التحدي الرئيسي والعائق المهم في فكرة الحفر بالليزر هو ارتفاع درجة حرارة جسم وحدة الضغط أو قارنة التوصيل بالليزر. ولحل هذه المشكلة، قمت بتصميم فكرة استخدام غاز النيتروجين المبرد في جسم غرفة ضغط الليزر. يعمل التشغيل المشترك لليزر والغاز المبرد على تسهيل التحكم في درجة الحرارة حول وحدة الليزر في مسار البئر، كما يتيح بشكل فعال الاختراق والتقدم على أعماق كبيرة حتى مع درجات الحرارة الحرجة. يمكننا أيضًا التحكم في إطلاق طاقة الليزر على فترات قصيرة ولكن مستمرة من خلال تحليل درجة الحرارة بدقة باستخدام أجهزة الاستشعار المدمجة بجوار العدسات الموجودة في الأنف. بهذه الطريقة، مع الحفاظ على عملية الحفر المستمرة، نمنع اختراق درجة الحرارة المفرطة إلى غرفة الليزر. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري وجود كاميرا بصرية بالإضافة إلى كاميرا حرارية لمراقبة عملية تغيرات درجة الحرارة في هذا الاختراق المشترك (الريشة الميكانيكية وحفر الليزر) لضمان استمرار الغازات المبردة في التحرك لمسافات طويلة ومستمرة في أخاديد جسم غرفة الليزر بحيث تظل درجة حرارة وحدة الليزر عند مستوى طبيعي في جميع أنحاء البئر. في ظل هذه الظروف الخاضعة للرقابة، ومع استمرار اختراق الحفر المشترك، يتم دفع جزيئات صغيرة من الصخور المسحوقة والمنصهرة والمتبخرة عبر حلقة البئر كتيار غاز إلى السطح.
◉ الاختراع: حفر آبار عميقة للوصول إلى النفط والطاقة الحرارية الأرضية
◉ المخترع وصاحب براءة الاختراع: علي بور أحمد
◉ التصنيف: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
كما يمكن رؤيته في الفيديو الموجود في نهاية هذه المقالة، تم وضع الحجرة الرئيسية لجهاز الليزر داخل غلاف خارجي لعزل درجة الحرارة. في هذه الفكرة، يعتبر الغلاف الخارجي هو الجسم الرئيسي لمعدات الحفر الميكانيكية بالليزر المدمجة، والتي صممتها لنقل تدفق غاز التبريد وسلسلة من الأخاديد الداخلية وأنابيب التبريد المرنة بطريقة ترددية في الجسم الخارجي. وتنتشر الأخاديد المليمترية الضيقة على شكل شبكات حلزونية في جميع أنحاء جدار الجسم الرئيسي بالكامل لتحقيق كفاءة العزل الحراري القصوى ضد درجات الحرارة المرتفعة جدًا في أعماق الأرض. كما أن الشبكة الحلزونية مثل الأنابيب السميكة المدمجة في الغلاف الخارجي تساعد لقمة الحفر على إطلاق الكميات الضرورية والمتحكم فيها من غازات التبريد في شكل مضغوط باتجاه البئر. يؤدي إطلاق غازات التبريد إلى تنفيذ العملية المستمرة لخفض درجة الحرارة في البيئة حول لقمة الحفر بشكل فعال. تجدر الإشارة إلى أنه اعتمادًا على نوع نظام الحفر، عادةً ما يتم استخدام أربعة غازات كغازات مبردة محتملة في الحفر العميق: الأرجون Ar، والكريبتون Kr، والهيليوم He، والنيتروجين N2. بالنسبة لفكرة هذا التصميم فقد اخترت النيتروجين كسائل مبرد ذو إجهاد قص مستمر ومرونة مناسبة.
◉ الاختراع: حفر آبار عميقة للوصول إلى النفط والطاقة الحرارية الأرضية
◉ المخترع وصاحب براءة الاختراع: علي بور أحمد
◉ التصنيف: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
نظرًا لوجود باعث شعاع الليزر عالي الطاقة في وسط غرفة الضغط، فيمكننا توجيه غازات التبريد المفرغة نحو الغلاف الخارجي لجسم معدات الليزر لزيادة كفاءة خفض درجة الحرارة. ولتحقيق ذلك، قمت بتصميم عدد كبير من فوهات مخرج سائل التبريد على حلقة الأنف في الجسم. يحتوي كل من صمامات الغاز هذه على فوهتين لمخرج السوائل، فوهة واحدة موجهة نحو جسم الحفر والأخرى في اتجاه العودة إلى فتحة البئر. ويتم تشغيل هذه الفوهات بحيث يتم ضخ غاز التبريد بشكل مضغوط بعد دخوله إلى أنابيب التبريد الحلزونية الموجودة في الجسم ومن ثم مروره عبر الأخاديد الضيقة الموجودة في هيكل السبائك الخاصة بالجسم، ويتم توجيهه بضغط مرتفع نحو فوهات مخرج السائل. بعد الخروج من فتحتي كل صمام من صمامات التبريد، يضرب غاز التبريد مرة أخرى الجسم الخارجي للحفر، ويتم إطلاق جزء منه أيضًا تحت الضغط في البيئة المحيطة بثقب البئر ويتم ضخه لأعلى للخروج من ثقب البئر. يتسبب هذا المزيج في أن تتلامس الحرارة العالية لجسم الحفر المدمج، سواء من الداخل أو الخارج، بشكل مباشر مع سائل التبريد وتكون فعالة في تقليل درجة الحرارة.
◉ انقر على أي من صور المعرض أدناه للتكبير:
بهذه الطريقة، جسم غرفة الضغط لمعدات الليزر يتلامس مع غاز تبريد النيتروجين على مرحلتين متتاليتين ومستمرتين. في المرحلة الأولى، يتسبب سائل التبريد في انخفاض درجة الحرارة داخل جسم وحدة الليزر من خلال مروره عبر الأخاديد المليمترية الضيقة المنتشرة على كامل سطح الجسم، وفي المرحلة الثانية، من خلال مروره عبر أنابيب مرنة مثبتة حول الجسم ثم خروج السائل من الفوهة باتجاه الجدار الخارجي للجسم، يؤدي إلى انخفاض إضافي في درجة الحرارة في منطقة المعدات الداخلية للجسم. بمعنى آخر، تمنع الدورة المتسلسلة للعزل الحراري عن طريق تدوير السائل المبرد (على مرحلتين حول جسم وحدة الليزر) اختراق الجزيئات الساخنة الموجودة في ثقب البئر إلى معدات الليزر وتتيح التحكم في درجة حرارة طرف الحفر. وبالنظر إلى أن البيئة في نهاية حفرة الحفر تكون شديدة الحرارة في أعماق كبيرة وأن المعدات الموجودة في مثل هذه البيئة ضعيفة وهشة للغاية، فإن استخدام تقنية إطلاق الغاز المبرد في طرف الحفر المدمج يمكن أن يساعد بشكل كبير وعلى النحو الأمثل في تثبيت معدل درجة الحرارة المتوازن للسماح بمواصلة الحفر والتغلغل بشكل أعمق في طبقات الأرض.
◉ الاختراع: حفر آبار عميقة للوصول إلى النفط والطاقة الحرارية الأرضية
◉ المخترع وصاحب براءة الاختراع: علي بور أحمد
◉ التصنيف: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
يتم حساب عملية معدل ضغط ضخ الغاز المبرد والتحكم الآمن في درجة الحرارة في مقدمة معدات الحفر بشكل أساسي ويتم تنفيذها من خلال الفحص الدقيق لكثافة الطاقة (Pρ) ووقت التشعيع (ti) وعلم الصخور (البنية والتركيب الكيميائي وعلم المعادن) في كل مرحلة من مراحل الاختراق في باطن الأرض. باستخدام عتبات كثافة الطاقة بين العمليات المختلفة، من الممكن إجراء حسابات وتنبؤات هندسية دقيقة للاختراق إلى أعماق أكبر. هذه الحسابات مهمة لأنه يمكننا التحكم بشكل صحيح في معدل ضغط استهلاك الغاز المبرد من خلال النظر في طريقتي الحفر (التقشير الحراري – الصهر والسحق بالتبخير) لأن إزالة الصخور أو المواد في أي من هاتين الطريقتين سوف تؤثر بشكل مباشر على درجة التحكم في درجة الحرارة واستهلاك الغازات المبردة في نظام التبريد. على سبيل المثال، يؤدي التكسير الحراري، من خلال التمدد الحراري للمعادن والتواء ميكانيكي، إلى إخراج شظايا الصخور من البئر. يتم تنفيذ هذه العملية في درجات حرارة منخفضة نسبيًا (حوالي 500 درجة مئوية) وتتطلب بطبيعة الحال استهلاكًا أقل لغازات التبريد، والتي يمكن اعتبارها أكثر كفاءة من حيث استهلاك الطاقة.
ولكن في المقابل، في عملية التكسير، يتم إنتاج قطع في الأصداف المعدنية التي يجب إزالتها بشكل فعال من البئر للحفاظ على عملية الاختراق بمعدل ثابت. ولهذا الغرض يتم استخدام تقنية صهر وتبخير المواد المعدنية عند درجات حرارة تزيد عن 2100 درجة مئوية بواسطة أشعة الليزر فائقة القوة، والتي تقوم بإزالة الصخور عن طريق تبخير المواد المنصهرة وطردها خارج البئر. لذلك، في هذه الطريقة، نحتاج إلى استهلاك المزيد من الغازات المبردة للتحكم في معدل درجة الحرارة عند طرف معدات الليزر الساخنة، والتي بالتالي تستهلك طاقة أكثر بكثير من التكسير الحراري في هذه الطريقة. للتغلب على بعض القيود الخاصة بطريقة الذوبان والتبخر، يمكننا ضبط كمية استهلاك غاز التبريد عند رأس معدات الحفر وفقًا لبيئة درجة الحرارة المرتفعة، مما سيؤدي إلى استهلاك كميات أكبر من غاز التبريد، أو يمكننا تحسين كمية استهلاك غاز التبريد عند رأس معدات الحفر لسحق الصخور حراريًا ضمن نطاق درجة حرارة محدد وإزالة جميع أجزاء الصخور من البئر بشكل فعال، مما سيؤدي إلى استهلاك أقل لغاز التبريد. ومع ذلك، فإن إمكانية إنشاء طبقة زجاجية على جدران البئر بهذه الطريقة الثانية ليست بعيدة المنال.
◉ الاختراع: حفر آبار عميقة للوصول إلى النفط والطاقة الحرارية الأرضية
◉ المخترع وصاحب براءة الاختراع: علي بور أحمد
◉ التصنيف: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
تختلف درجة تسخين رأس الحفر وارتفاع درجة حرارة معدات الليزر في مناطق مختلفة من الأرض. ويكون هذا ملحوظًا أكثر في الحفر العميق في البر والبحر لأن المسافات للوصول إلى نقاط درجة الحرارة المرتفعة جدًا في هاتين المنطقتين مختلفة. الآن، اعتمادًا على حجم ونوع المثقاب الميكانيكي ومعدات الليزر الأخرى المثبتة في طرف المثقاب، يتم أيضًا تحقيق قطر ثقب الحفر بشكل مختلف في مناطق مختلفة. في مثل هذه الظروف، لا يزال من الممكن أن يتبع الجسم الخارجي لغرفة ضغط الليزر، والذي يتكون من أخاديد ضيقة من الغاز المبرد، قطر فتحة الحفر للدخول بسهولة إلى الحفرة ويبرد درجة حرارة الليزر والبيئة المحيطة به من خلال فوهات مثبتة في فتحة قرنها لمواصلة الحفر. على الرغم من أن القطر الأكبر لفتحة غرفة التبريد في الجزء الخاص بها على شكل قرن يؤدي إلى تلامس أكبر لسائل التبريد مع جسم وحدة الليزر الساخن ويساعد على تقليل درجة الحرارة بشكل أكبر، فإن التصميم على شكل قرن لنظام تبريد رأس الحفر ليس إلزاميًا واعتمادًا على الظروف البيئية، يمكن تقليل أو زيادة قطر الجزء على شكل قرن من نظام التبريد. إذا كان علينا تقليل قطر الجزء الذي على شكل قرن، فيمكننا تعويض هذا التغيير في الشكل عن طريق زيادة عدد فوهات مخرج الغاز.
مع زيادة العمق، تصبح التغيرات في درجات الحرارة أكثر وضوحا. في أعماق أكبر أو أقل، اعتمادًا على المنطقة ونسيج الطبقات الصخرية الأساسية مثل الجرانيت أو الحجر الرملي أو الحجر الجيري، تواجه عمليات الحفر وظائف متغيرة لدرجة الحرارة والضغط والكثافة والتصاق المواد الصخرية، الأمر الذي يتطلب أن تتمتع معدات الحفر بالقوة والتكنولوجيا اللازمة للتكيف مع مثل هذه البيئات. على سبيل المثال، يختلف معدل تغير درجة الحرارة والضغط في منطقة عميقة تحتوي على أصعب الصخور (الجرانيت) من الناحية الصخرية عن معدل تغير درجة الحرارة والضغط في المناطق التي تحتوي على صخور الخزان الحرارية الأرضية الأكثر شيوعًا مثل الحجر الرملي والحجر الجيري. لذلك، لا تزال هناك فرصة لاستخدام فكرة "التحكم الأمثل في درجة حرارة الحفر" مع التغلب على التحدي المدمر لدرجة الحرارة عند النقاط الحرجة. كما يمكننا تحقيق الهدف النهائي المتمثل في الوصول إلى أعماق موارد الطاقة الحرارية الأرضية عن طريق إضافة واستخدام تقنيات تحليلية أخرى متقدمة مثل التصوير الحراري والتصوير المساحي والمجهر الإلكتروني للتحليل الفوري والفيزيائي لعملية التسلل أثناء عمليات الحفر.
◉ الاختراع: حفر آبار عميقة للوصول إلى النفط والطاقة الحرارية الأرضية
◉ المخترع وصاحب براءة الاختراع: علي بور أحمد
◉ التصنيف: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
يسمح التحليل المورفولوجي للآبار والآبار باستخدام القياس التصويري بتقدير معلمات الأداء مثل معدل الاختراق (ROP) والطاقة المحددة (Se)، والتي يمكن أن تكون فكرة الغرفة المبردة المقدمة في هذه المقالة فعالة أيضًا في حفر آبار النفط بشكل أكثر فعالية من حيث التكلفة وأسرع. ومع ذلك، بما أن جزءًا كبيرًا من استخراج النفط (باستثناء الصناعات الأساسية المساعدة) يستخدم لإنتاج طاقة غير متجددة وتلويث البيئة، لذا، كمصمم فكرة هذا المقال، أوصي بالتمييز بين الأغراض المختلفة لحفر آبار النفط عن بعضها البعض. يجب علينا أن نبحث بشكل مسؤول عن بديل للجزء الأكبر من الاستخراج الذي يتعلق بإنتاج الطاقة المعتمدة على الوقود الأحفوري، والذي وفقا للفكرة الموضحة في هذا المقال، فإن الوصول إلى الطاقة الحرارية الأرضية على أعماق كبيرة يمكن أن يكون أفضل بديل لاستخراج النفط (لاستخدامه كوقود).
لا تزال صناعة الحفر تواجه بعض التحديات المذكورة في هذا المقال في حفر آبار عميقة جداً للوصول إلى الطاقة الحرارية الأرضية والتخلص من المكامن الهيدروكربونية، الأمر الذي ينبغي أن يسرع من تطوير هذه التكنولوجيا من خلال المزيد من الأبحاث والاستثمارات الأوسع والترحيب بالمشاريع العلمية من المفكرين. والواقع أن إدارة الطاقة بشكل أكثر كفاءة، إلى جانب استخدام أفكار جديدة والجمع بين النماذج الجيوميكانيكية، من شأنها أن تسمح بحركة متسارعة في صناعة الحفر وتوفر الظروف اللازمة لعمليات أعمق وأكثر أمانا وأقل تكلفة على الأرض أو في المياه العميقة. وليس من المستبعد أن يصبح تصريف النفط من الآبار الحالية في المستقبل أسطورة، ويجب أن تكون الصناعة مستعدة لمواجهة تحديات عصر ما بعد النفط والتحرك نحو تطوير تقنيات الحفر العميق للوصول إلى موارد الطاقة الحرارية الأرضية. حيث لم تعد الهيدروكربونات تلعب دورًا رئيسيًا في إنتاج الطاقة، وحرارة الطبقات شديدة السخونة في أعماق الأرض هي التي ستضمن مستقبل تقدم التكنولوجيا النظيفة. ولذلك، يجب أن تستمر صناعة الحفر في مسار البحث والابتكار في هذا المجال بوتيرة أسرع، بالإضافة إلى التحسينات النوعية والكمية في معدات وتقنيات الحفر، وكذلك فحص واستخدام الأفكار المبتكرة.
◉ الاختراع: حفر آبار عميقة للوصول إلى النفط والطاقة الحرارية الأرضية
◉ المخترع وصاحب براءة الاختراع: علي بور أحمد
◉ التصنيف: اختراعات جديدة للمخترعين في العالم
في الجزء الأخير من هذا المقال، وباعتباري ناقدًا لاستخدام مصادر الطاقة غير المتجددة، أشعر أنه من الضروري تكرار التحذير من المخاوف البيئية الخطيرة الناشئة عن الاستخراج العشوائي للنفط باعتباره المصدر الرئيسي للوقود في مختلف الصناعات. وكما نعلم، فقد تم إطلاق كميات هائلة من النفط في البحار عدة مرات لأسباب فنية مختلفة أو لحروب. تتسبب الانسكابات النفطية غير المعالجة في أضرار جسيمة للطيور البحرية والثدييات البحرية، مما يجعلها أقل قدرة على عزل نفسها وتعريضها لأضرار جسيمة من انخفاض حرارة الجسم وتقلبات درجات الحرارة، وعدم قدرتها على الطيران. وحتى محاولات هذه الثدييات والطيور لتنظيف نفسها تؤدي إلى ابتلاع الزيت الخام وتدمير أعضائها الداخلية، مما يؤدي في النهاية إلى اختلال التمثيل الغذائي والجفاف. من ناحية أخرى، عندما يغطي تسرب النفط الماء ويمنع ضوء الشمس من الوصول إلى سطح الماء، تتضرر النباتات البحرية والعوالق النباتية بشكل خطير لأن البكتيريا المستهلكة للنفط تطرد البكتيريا الأخرى من النظام البيئي. ومن الحقيقة المرة أنه لا توجد طريقة مثالية لتنظيف النفط من البيئة لأن التجميع السطحي للنفط من الماء محدود فقط بالظروف البيئية وجزء كبير من النفط غير الموجود على السطح يبقى في الطبقات السفلية من الماء. حتى الطرق الحالية للحرق أو المشتتات والعقاقير الكيميائية التي تعمل على تفكيك النفط بشكل أسرع، لكنها يمكن أن تنقل التلوث النفطي بسهولة إلى أجزاء أخرى من النظام البيئي. وهو وضع للأسف صعب للغاية، وفي بعض الأحيان يستحيل تعويضه في النظام البيئي للأرض.
مثل الاختراعات الأخرى، تتمتع هذه الفكرة/الاختراع أيضًا بإمكانية التطوير وتحسينها بشكل أكبر لحفر آبار أعمق. باستخدام "فكرة نظام التبريد بتقنية الليزر الجديدة" يمكننا أن نساعد بشكل كبير في الحفر العميق بتكاليف أقل بكثير من الطرق الميكانيكية التقليدية وفي نهاية المطاف الوصول إلى الطاقة الحرارية الأرضية النظيفة والتي لا نهاية لها لتوليد الكهرباء في جميع أنحاء العالم.
نهاية المقال//
◉ فيديو إزالة القيود عن الحفر لأعماق كبيرة من خلال تطوير وتحسين نظام التبريد بتقنية الليزر / التصنيف: اختراعات علي بوراحمد
◉ صانع الرسوم المتحركة لهذا الفيديو: علي بورأحمد
◉ ملحن الموسيقى لهذا الفيديو: علي بورأحمد
◉ الراوي: علي بورأحمد
◉ اللغة: الانجليزية
◉ الترجمة: لا يوجد
نبذة عن المخترع ومؤلف هذا المقال:👇
مقالات عن الاختراعات العلمية المتعلقة بتوليد الكهرباء :
◉ ابتكار محطة طاقة تولد الكهرباء من دوران الأرض في الفضاء، وتنقل الكهرباء المولدة إلى جهاز استقبال أرضي باستخدام الليزر.
◉ اختراع محطة توليد طاقة تولد الكهرباء باستخدام الجاذبية وقوة الطرد المركزي (محرك الجاذبية 1)
◉ اختراع محطة توليد طاقة تولد الكهرباء باستخدام الجاذبية وقوة الطرد المركزي (محرك الجاذبية 2)
◉ اختراع محطة توليد طاقة تولد الكهرباء باستخدام الجاذبية والعجلات المعلقة (محرك الجاذبية 3)
◉ اختراع محطة توليد طاقة تولد الكهرباء باستخدام الجاذبية وقوة الطرد المركزي (محرك الجاذبية 4)
◉ ابتكار محطة طاقة تولد الكهرباء باستخدام الجاذبية والفيزياء المعقدة المدمجة (محرك الجاذبية 5)
◉ اختراع استخدام مياه البحر والدوامات الاصطناعية لتوليد الكهرباء
◉ اختراع استخدام المياه من أعماق البحار وشواطئ المحيطات لإنشاء سدود اصطناعية وتوليد الكهرباء
◉ اختراع توليد الكهرباء من جهاز طرد مركزي سائل باستخدام الماء والجاذبية وقوة الطرد المركزي
اختراعات أخرى لعلي بور أحمد :
◉ قائمة كاملة بالاختراعات والمقالات العلمية المنشورة لعلي بور أحمد
◉ الاختراعات العلمية علي پورأحمد
◉ أفلام الخيال العلمي علي پورأحمد
◉ جوائز علي پور أحمد
◉ لوحات للفنان علي پورأحمد
◉ موسيقى علي بورأحمد الآلية
إعلان
