25-06-2018 09:58:34

Stefano køler følsom elektronik ned til et forfriskende 175 °C arbejdsmiljø i varme oliekilder

Stefano Soprani fra DTU Energi har med succes forsvaret sin erhvervs-ph.d.-afhandling "Active Cooling of a Down Hole Well Tractor”.
16. mar. 2017 Af Kasper Haagen Skovse, DTU

Olieboring er ændret. Tidligere gik olieboringer lige ned, og hvis der opstod behov for reparationer et sted på ledningen, hjalp tyngdekraften vedligeholdelsesudstyret ned til det skadesramte sted. I dag bores der i alle retninger efter olie, også sidelæns, så tyngdekraften og olieproducenterne har brug for en hjælpende hånd fra selskaber som det danske Welltec, når vedligeholdelsesudstyret skal bringes frem.

Stefano Soprani fra DTU Energi har taget sin erhvervs-ph.d. som ansat på Welltec. Han har netop forsvaret sin afhandling "Active Cooling of a Down Hole Well Tractor”, hvor han præsenterede et kølesystem for varmefølsomt udstyr i såkaldte wireline-traktorer ved hjælp af termoelektriske køleenheder og et skrog med integreret sensor.

Fjernstyret reparatør

En wireline-traktor eller en brøndtraktor er en lille, fjernstyret enhed der kan sendes ned i en olieboring for at lave små og større reparationer, åbne ventiler, udskifte rør eller fjerne tilstopninger. De er proppet til randen med elektronik og robotudstyr, og de bevæger sig ned gennem den strømmende olie og ned i olierør på små hjul. Reparationer i varme oliebrønde udgør dog en meget stor udfordring for olie- og gasindustrien. "Mange af de elektroniske komponenter i de kabelbaserede robotværktøjer er meget tilbøjelige til at gå i stykker ved temperaturer over 175° C, og man kan ikke få komponenter som kan klare de højere driftstemperaturer. Vi har derfor udtænkt et kølesystem, som er i stand til at opretholde en arbejdstemperatur under 175 °C inden i brøndtraktoren, medens den arbejder i brønde hvor temperaturen kan være op til 200 °C ", siger Stefano Soprani, der undersøgte en lang række køleteknikker, før han valgte termoelektriske anordninger.

"Termoelektriske enheder kan bruges enten til at generere elektricitet fra en varmekilde, eller for at køle ved at tilføre en elektrisk strøm. I vores arbejde anvendte vi termoelektriske kølere til at sænke den indvendige temperatur i brøndtraktoren. Den eneste ulempe ved termoelektriske anordninger er en lav effektivitet, men de er ret pålidelige, da de ikke har bevægelige dele", siger Stefano.

Meget lokal køling

Varmen fra den afkølede elektronik skal overføres til brønden og de små dimensioner af værktøjet (indre diameter på ~ 6 cm) gøre processen ret kompleks, så Stefano Soprani og kollegerne på DTU Energi måtte begrænse brugen af køling til de mest varmefølsomme dele. De placerede helt små termoelektriske kølere, ikke mere end 4x4 cm2 med en tykkelse på ca. 4 mm, oven på de grupper af elektronik der havde behov for køling.

"Størstedelen af følsomt udstyr er grupperet sammen, så ved at skabe meget lokale kølezoner er vi i stand til at opretholde en temperatur for disse kritiske komponenter på under 175 °C, og dermed fungerer hele brøndtraktoren ordentligt", fortæller Stefano.

Den uønskede varme fra det indre af brøndtraktoren overføres til brøndtraktorens yderside, hvor forbistrømmende olie og gas afkøler traktoren, ligesom en strøm af vand køler sine omgivelser. Men processen er følsom over for strømningsændringer.

"Et hurtigt flow giver høj varmeoverførsel, men hvis strømhastigheden falder, mindskes kølevirkningen, temperaturen inden i traktoren stiger, og vi risikerer et nedbrud. Så vi var også nødt til at udvikle og designe en integreret sensor til at overvåge strømningshastigheden for at kunne regulere mængden af strøm, vi kan levere til kølesystemet uden risiko for overophedning," siger Stefano Soprani. Sensoren er integreret i brøndtraktoren, og forskergruppen på DTU Energi har bevist hele konceptet og lavet en prototype.

Welltec, hvor Stefano tog sin erhvervs-ph.d., er interesseret i designet, og selv om lave oliepriser generelt har bremset forskning og udvikling i branchen, agter Welltec at indarbejde kølingskonceptet i 2017. Stefano har nu med held forsvaret sin erhvervs-ph.d. og har fået en stilling som postdoc på DTU Energi, hvor han agter at fortsætte sin forskning i energikonvertering.

Artiklen er oprindelig udgivet hos DTU.


Deltag i debatten

Nyheder og arrangementer

Nyeste energi- og miljøjob

luk
close