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前沿钻井技术,助力寻找火星生命

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无论等离子钻井技术是否能够最终在火星上实现最终应用,但随着其技术的发展,将给未来石油行业的钻探领域带来变革。

编译 | 风之谷 子衿


石油圈曾发布过一篇文章“石油行业的黑科技有多牛?惠及航空、航天、医疗、新能源……”今天我们将要和大家分享的这项黑科技,同样是来自于石油行业,它所惠及的可能将是整个人类社会的发展。

美国宇航局计划利用石油行业的技术,实施一项科研项目,即利用Zaptec公司为海洋石油行业开发的等离子钻井技术在火星上探索生命

尽管海洋油气工业和太空探索的目标不同,但二者面临的条件相似。例如,与太空探索的恶劣条件相似,海洋油气勘探产业面临着温差、压差等方面的巨大挑战。火星表面温度为-63°C,表面气压为610Pa,不足地球表面气压的1%。

火星研究所联合创始人兼主席Pascal Lee阐述了火星表面所面临的挑战:“火星表面条件非常恶劣,既有来自太空的高辐射,也有来自太阳的强烈紫外线,导致火星表面化学物质极易氧化,不利于地球上大多数生命生存。因此,火星表面上没有生命的迹象也就不足为奇了!”

有了这些共同的挑战和经验,火星研究所正与Zaptec公司合作开发一种用于太空探索的钻机用于寻找生命迹象。

01. 等离子钻井技术

火星研究所(Mars Institue)是一个国际性、非政府的、非盈利的研究组织,致力于推动对火星的科学研究、探索以及公众对火星的了解。火星研究所将借鉴能源部门的经验及技术,探索生命迹象。

等离子钻井技术的核心是利用高电压脉冲能量技术,用电法雾化岩石。简而言之,是利用等离子体的高温来烧岩石(融化、剥离等)

Lee说:“我们认为火星地下将会完全不同,因为当你进入地下后,面临的环境将会变好。”“你会免受太空辐射的危害,地下温度也会上升,就像在矿井中一样,你进入矿井越深,温度就越高,在火星上也是一样的。”

“这意味着温度可能会从地表的平均-63℃左右上升到几公里地下的冰点温度以上。因此,如果火星地下存在水的话,将是液态水。这对于生命探索来说是一个好消息,因为在地球上生命需要液态水,并且任何有干净液态水的地方都有生命。”

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“但是,火星地表存在着传统钻探无法解决的问题。“主要的问题是成本,从地球上运送的东西越多,花费越贵,每公斤需要花费大约为100万- 1000万美元。因此,如果想高效地应用这些东西并钻到地下深处,就必须想出一个尽可能高效、廉价的钻探策略。”

海洋油气勘探中所应用的钻井技术面临的另一个问题是冲洗岩屑。Lee解释说:“这通常意味着需要向钻孔中注水以便及时的排出钻井过程中产生的泥浆和泥土。”“在火星上用水冲洗是不可行的,因为天气太冷了,如果用水冲洗,水很快会结冰。”

火星表面以及航空物流的特征决定了火星钻探作业系统是非重型、不含水的系统。等离子钻机试图通过将石油钻机缩减至最小的部件(即钻头)来解决这一难题。

Lee说:“等离子钻井技术以雾化而不是压碎的方式来破碎岩石。”“钻头尖端产生巨大的高电压脉冲能够瞬间击碎岩石。此外,用火星上最容易获得的CO₂气体取代液态水注入钻孔冲洗岩屑。”

02. 前景趋势

虽然目前火星研究所的项目是使用等离子钻井技术在火星上寻找生命,但未来这项技术也将惠及地球钻探作业。

例如,通过将钻机缩减至最小部件(钻头),等离子钻井在运输和使用重型设备方面有可能为海上能源公司节省大量的资金和资源。等离子钻井技术具有节能的特点,它所需要的电力可以相对容易地地表获得。而传统钻头需要消耗大量的能量来粉碎岩石,同时还产生较多的岩屑,因此与传统钻探相比,采用等离子钻井技术雾化岩石就更快捷、更高效

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Lee对等离子钻井的发展持乐观态度,但也担心该项目难以获得投资者的兴趣。另外,在该项研究中为等离子钻井提供钻探技术的Zaptec公司,主要是从事小型电力变压器等方面的研究,他们在太空旅行中不存在明显的既得利益。

他说:“在商业领域,人们通常更关注短期利益,除非你有一种产品能在未来五、十年内改变你在市场上的地位,否则很难得到大力推广。”

“很多公司在作业中使用的技术基本相同,因为应用现有的技术就可以盈利,为什么还要承担风险应用新技术呢?”

“在我看来,等离子钻井这项技术需要推广,”Lee总结道。“开拓任何一项新事物或者对一些事物提出具有远见的分析,意味着你要受到别人的质疑,得不到别人的支持。但这就是远见,它不是现实存在的——每个人都认为自己是一个有远见的人,但事实上,人们却在对待和处理实际事情的方式上相对保守。”

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