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前沿鑽井技術,助力尋找火星生命

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無論等離子鑽井技術是否能夠最終在火星上實現最終應用,但随着其技術的發展,将給未來石油行業的鑽探領域帶來變革。

編譯 | 風之谷 子衿


石油圈曾發布過一篇文章“石油行業的黑科技有多牛?惠及航空、航天、醫療、新能源……”今天我們将要和大家分享的這項黑科技,同樣是來自于石油行業,它所惠及的可能将是整個人類社會的發展。

美國宇航局計劃利用石油行業的技術,實施一項科研項目,即利用Zaptec公司為海洋石油行業開發的等離子鑽井技術在火星上探索生命

盡管海洋油氣工業和太空探索的目标不同,但二者面臨的條件相似。例如,與太空探索的惡劣條件相似,海洋油氣勘探産業面臨着溫差、壓差等方面的巨大挑戰。火星表面溫度為-63°C,表面氣壓為610Pa,不足地球表面氣壓的1%。

火星研究所聯合創始人兼主席Pascal Lee闡述了火星表面所面臨的挑戰:“火星表面條件非常惡劣,既有來自太空的高輻射,也有來自太陽的強烈紫外線,導緻火星表面化學物質極易氧化,不利于地球上大多數生命生存。因此,火星表面上沒有生命的迹象也就不足為奇了!”

有了這些共同的挑戰和經驗,火星研究所正與Zaptec公司合作開發一種用于太空探索的鑽機用于尋找生命迹象。

01. 等離子鑽井技術

火星研究所(Mars Institue)是一個國際性、非政府的、非盈利的研究組織,緻力于推動對火星的科學研究、探索以及公衆對火星的了解。火星研究所将借鑒能源部門的經驗及技術,探索生命迹象。

等離子鑽井技術的核心是利用高電壓脈沖能量技術,用電法霧化岩石。簡而言之,是利用等離子體的高溫來燒岩石(融化、剝離等)

Lee說:“我們認為火星地下将會完全不同,因為當你進入地下後,面臨的環境将會變好。”“你會免受太空輻射的危害,地下溫度也會上升,就像在礦井中一樣,你進入礦井越深,溫度就越高,在火星上也是一樣的。”

“這意味着溫度可能會從地表的平均-63℃左右上升到幾公裡地下的冰點溫度以上。因此,如果火星地下存在水的話,将是液态水。這對于生命探索來說是一個好消息,因為在地球上生命需要液态水,并且任何有幹淨液态水的地方都有生命。”

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“但是,火星地表存在着傳統鑽探無法解決的問題。“主要的問題是成本,從地球上運送的東西越多,花費越貴,每公斤需要花費大約為100萬- 1000萬美元。因此,如果想高效地應用這些東西并鑽到地下深處,就必須想出一個盡可能高效、廉價的鑽探策略。”

海洋油氣勘探中所應用的鑽井技術面臨的另一個問題是沖洗岩屑。Lee解釋說:“這通常意味着需要向鑽孔中注水以便及時的排出鑽井過程中産生的泥漿和泥土。”“在火星上用水沖洗是不可行的,因為天氣太冷了,如果用水沖洗,水很快會結冰。”

火星表面以及航空物流的特征決定了火星鑽探作業系統是非重型、不含水的系統。等離子鑽機試圖通過将石油鑽機縮減至最小的部件(即鑽頭)來解決這一難題。

Lee說:“等離子鑽井技術以霧化而不是壓碎的方式來破碎岩石。”“鑽頭尖端産生巨大的高電壓脈沖能夠瞬間擊碎岩石。此外,用火星上最容易獲得的CO₂氣體取代液态水注入鑽孔沖洗岩屑。”

02. 前景趨勢

雖然目前火星研究所的項目是使用等離子鑽井技術在火星上尋找生命,但未來這項技術也将惠及地球鑽探作業。

例如,通過将鑽機縮減至最小部件(鑽頭),等離子鑽井在運輸和使用重型設備方面有可能為海上能源公司節省大量的資金和資源。等離子鑽井技術具有節能的特點,它所需要的電力可以相對容易地地表獲得。而傳統鑽頭需要消耗大量的能量來粉碎岩石,同時還産生較多的岩屑,因此與傳統鑽探相比,采用等離子鑽井技術霧化岩石就更快捷、更高效

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Lee對等離子鑽井的發展持樂觀态度,但也擔心該項目難以獲得投資者的興趣。另外,在該項研究中為等離子鑽井提供鑽探技術的Zaptec公司,主要是從事小型電力變壓器等方面的研究,他們在太空旅行中不存在明顯的既得利益。

他說:“在商業領域,人們通常更關注短期利益,除非你有一種産品能在未來五、十年内改變你在市場上的地位,否則很難得到大力推廣。”

“很多公司在作業中使用的技術基本相同,因為應用現有的技術就可以盈利,為什麼還要承擔風險應用新技術呢?”

“在我看來,等離子鑽井這項技術需要推廣,”Lee總結道。“開拓任何一項新事物或者對一些事物提出具有遠見的分析,意味着你要受到别人的質疑,得不到别人的支持。但這就是遠見,它不是現實存在的——每個人都認為自己是一個有遠見的人,但事實上,人們卻在對待和處理實際事情的方式上相對保守。”

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