Как известно, кроме традиционного бурения, при котором разрушение горных пород производится механическим способом, существует и бесконтактное бурение. Одним из способов бесконтактного бурения является термобурение. Скоростная высокотемпературная газовая струя из термобура, образующаяся при сгорании топлива в окислителе плавит и испаряет породу. Пары породы вместе с продуктами сгорания топлива выносятся на поверхность потоком продувочного газа.
Понятно, что термобурение не может применяться для вскрытия нефтегазоносных горизонтов или для научного бурения с отбором керна. Но зато бесконтактное бурение скважин является перспективным направлением при создании геотермальных систем.
Описание патента на изобретение: «Способ термического бурения вертикальных скважин в земной коре и твердотопливный бур Гашимова для его осуществления, а также способ скважинной парогенерации с использованием глубинного тепла земли» представлено в статье: «Термическое бурение.»
Сегодня идея бесконтактной проходки скважин для геотермальной энергетики успешно реализуется стартап-компанией Quaise Energy при исследовательском центре Массачу́сетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT).
Для разрушения горных пород разработчики технологии приспособили гиротрон.
Гиротрон представляет собой генератор потока свободных электронов, вращающихся в магнитном поле. Исследования, которые привели к созданию нового класса электронных приборов – мазеров на циклотронном резонансе были выполнены советскими учеными в 1967 – 1981 годах. Гиротроны – разновидность таких мазеров. Одним из главных применений гиротронов является нагрев плазмы до высокотемпературных значений в установках термоядерного синтеза с магнитным удержанием плазмы.
Высокотемпературной считается плазма с температурой более 10 000 000 °С.
Для сравнения: температура плазмы на поверхности Солнца составляет около 5 500 °С, а в ядре температура может достигать 15 000 000 °С.
Очевидно, что вращающийся электронный пучок гиротрона с температурой в миллионы градусов легко расплавит и испарит любой материал. Использование сверхвысокочастотного электромагнитного излучения гиротрона для сооружения геотермальных скважин и стало целью стартапа Quaise Energy.
Фундаментальные исследования и разработка технологии бурения на миллиметровых волнах совершенствовалась в лабораториях компании более десяти лет.
В результате многолетних испытаний и доработок был создан экспериментальный буровой модуль, интегрированный в буровую установку компании Nabors Industries Ltd.
После бурения нескольких неглубоких скважин 4 сентября текущего года в карьере Marble Falls состоялась демонстрация нового бурового оборудования, в ходе которой было пробурено 118 метров гранитной толщи.
Подробнее о процессе бурения читаем статью: «Бурение гиротроном.»
Marble Falls в штате Техас – крупнейший в США карьер розового твердого гранита.
Пробуренная скважина стала самой глубокой, созданной с помощью миллиметровых волн. Максимальная скорость проходки составляла пять метров в час. Хотя инженерами проекта планировалось достичь средней скорости 20 см в час.
Видеокамера, спущенная после окончания бурения и извлечения инструмента продемонстрировала на всем протяжении гладкий ствол.
После успешного завершения работ компания заявила о следующем этапе эксперимента – бурении скважины глубиной 1 000 метров.
Подобно фантастическому гиперболоиду инженера Гарина из романа А. Н. Толстого гиротрон пробивается к раскаленным глубинам Земли.
Подробнее о геотермальных ресурсах можно почитать в статье: «Геотермальная энергетика.»