Doktorsvörn í vélaverkfræði - Gunnar Skúlason Kaldal

Doktorsefni: Gunnar Skúlason Kaldal

Heiti ritgerðar: Burðarþolsgreining á fóðringum háhitaborholna (Nonlinear Finite-Element Analysis of Casings in High-Temperature Geothermal Wells )

Andmælendur:

Dr. Arve Bjørset, vísindamaður við Equinor Research Center og prófessor við Western Norway University of Applied Science.
Dr. Catalin Teodoriu, dósent og forstjóri greiningarmiðstöðvar jarðborana við Mewbourne School of Petroleum and Geolocical Engineering, University of Oklahoma.

Leiðbeinandi: Dr. Magnús Þór Jónsson, prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild Háskóla Íslands.

Aðrir í doktorsnefnd:

Dr. Halldór Pálsson, prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild.

Dr. Sigrún Nanna Karlsdóttir, prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild.

Doktorsvörn stýrir: Dr. Rúnar Unnþórsson, prófessor og deildarforseti Iðnaðarverkfræði, vélaverkfræði og tölvunarfræðideildar.

Ágrip

Háhitaborholur eru boraðar í áföngum og fóðraðar með stálfóðringum sem eru steyptar að utanverðu. Vegna öryggissjónarmiða verður að vera hægt að beisla jarðhitavökva jafnt í borun sem og í vinnslu eftir að framkvæmdum er lokið. Í öllum tilvikum þarf burðarþol fóðringa að vera tryggt. Á meðan borun stendur er borholum haldið köldum með hringdælingu borleðju eða ádælingu með vatni. Þegar þær hitna eftir borun getur hitastigshækkunin orðið umtalsverð. Varmaþensla veldur spennumyndun í fóðringunum vegna skorðunar steypunnar. Þegar hefðbundnar háhitaholur hitna myndast því háar spennur sem í flestum tilvikum valda varanlegum formbreytingum. Að auki veldur hátt hitastig styrktarveikingu í stáli og steypu sem leiðir til aukinnar hættu á skemmdum. Fóðringaskemmdir, s.s. gúlpmyndun og togslit, geta orðið á mismunandi stigum á líftíma borholna og er því mikilvægt að greina ítarlega álagssögu fóðringa til að skilja möguleg álagstilfelli og hættur sem fylgja. Með auknum áhuga á djúpborun til vinnslu á orkuríkum jarðvarmavökva verður burðarþol fóðringa einn af takamarkandi þáttunum vegna hærra hitastigs, þrýstings, og aukinnar efnisáraunar í formi tæringar. Afkastageta borholna ræðst ekki einungis af því að gjöfular æðar séu rofnar í borun heldur einnig af líftíma mannvirkisins. Ólínulegir efniseiginleikar, færslur og tenging á milli yfirborða í borholum mynda burðarþolskerfi sem ekki er auðleysanlegt með einföldum reikniaðferðum. Burðarþolskerfið er því leyst hér með einingaaðferðinni (e. nonlinear finite-element method) þar sem ólínuleiki kerfisins er tekinn með í reikninginn. Líkönin sem þróuð hafa verið hér er hægt er að nota til burðarþolsgreiningar á fóðringum til varnar skemmdum og til aðstoðar við hönnun og efnisval. Doktorsritgerðin lýsir fóðringaskemmdum og burðarþolsgreiningum sem byggja grunn til betri skilnings á burðarþoli fóðringa háhitaborholna.

Um doktorsefnið

Gunnar lauk B.Sc. gráðu í vélaverkfræði frá Háskóla Íslands árið 2007 og M.S. gráðu árið 2009 frá sama skóla. Eftir brautskráningu hóf hann doktorsnám við Háskóla Íslands. Hluti námsins fór fram við Nýsköpunarmiðstöð Íslands.

Með námi hefur Gunnar sinnt stundakennslu við Háskóla Íslands og Jarðhitaskóla Háskóla Sameinuðu þjóðanna og unnið í fullu starfi sem verkfræðingur hjá Íslenskum orkurannsóknum (ÍSOR) frá því í október 2015.