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带着神圣的使命开钻--------吉林大学参加青藏高原冻土带“可燃冰”调查项目纪略

已有 4148 次阅读 2010-1-8 21:03 |个人分类:未分类|系统分类:博客资讯|关键词:学者

[中国国土资源网]编者按  亘古荒凉的青海祁连山南缘永久冻土带,活跃着一支以吉林大学孙友宏教授为首的研究复杂条件钻采新技术的科研队伍,他们以特别能吃苦,特别能战斗的精神奋战在海拔4200米的冻结区,饱受着风霜雨雪的洗礼,经受着缺氧的考验。最后,他们研制的天然气水合物孔底冷冻取样器和钻探泥浆制冷系统,在青藏高原冻土带天然气水合物调查评价项目中发挥了重要的作用,为在青藏高原冻土带最终钻获天然气水合物贡献了一份力量。
  《青藏高原冻土带天然气水合物调查评价》是中国地质科学矿产资源研究所、中国地质科学院勘探技术研究所、吉林大学、青海煤炭地质105勘探队、中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所、中国地质大学(北京)、北京化工大学和青岛海洋地质研究所等八家单位合作的科研项目。其中,吉林大学主要负责研制天然气水合物孔底冷冻取样器和钻探泥浆制冷系统。这两项内容的研究,在此项目中发挥了重要的作用。
  2009年2月8日,吉林大学的孙友宏教授接到中国地质科学矿产资源研究所打来的电话,要他在2月10日(阴历正月十六)去北京商讨2009年水合物钻探施工方面的有关事宜。孙友宏作为项目负责人,预感到任务紧迫。2月9日,当元宵之夜的鞭炮“噼噼啪啪”响起时,他就带领课题组的徐会文教授、陈晨教授、年轻的郭威老师乘上了进京的列车。
  设计出了“可燃冰”钻井泥浆冷却系统最佳方案
  为确保2009年天然气水合物钻探施工成功,会议决定在吉林大学承担的原有天然气水合物孔底冷冻取样器基础上,配合2009年项目的总目标,临时增加天然气水合物钻井泥浆冷却系统、水合物地表低温高压保样系统、水合物岩样地表快速冷冻装置三个方面工作。而其中“天然气水合物钻井泥浆冷却系统最为重要,因为水合物是在低温(0~10摄氏度),高压(>10MPa)下形成,如果泥浆温度过高,就会造成天然气水合物分解。
  如果在气温低的冬季施工,泥浆温度也不会太高,取到水合物岩样不成问题。但如果在气温较高的夏季施工,泥浆的温度就会受影响。而泥浆如果不能处于低温状态,钻探和取样将会无法进行。因此在钻进过程中始终让泥浆处于低温状态十分重要。
  尽管面临着国内泥浆冷却系统技术还不成熟、离施工期又不足三个月、资金严重不足等困难,但孙友宏还是在课题组会议上,激励着大家的士气:为找到新能源“可燃冰”我们责无旁贷,就是再多、再大的困难也要克服它、战胜它。
  说干就干,孙友宏负责总设计,徐会文、陈晨、王庆华负责天然气水合物钻井泥浆冷却系统,郭威负责天然气水合物孔底冷冻取样器、水合物地表低温高压保样系统、水合物岩样地表快速冷冻装置,研究生赵江鹏、赵建国、贾瑞、李国圣也参与到科研项目中来。
  项目组多次论证方案,几番深入吉林大学热能工程系、沈阳大华制冷设备有限公司进行调研,走访有经验的老同志,查阅资料,终于设计出了一套“天然气水合物钻井泥浆冷却系统”最佳方案。然后他们又采购最好的材料开始加工设备,边加工、边改进、边试验,最终研制出了所需设备。完成了相关试验后,这些设备就被包装好,发往青海。
  钻探实验井传出了第一个喜讯
  工作区位于青海天峻县的木里,属于高寒缺氧地区,平均海拔4200米。为适应高原环境,项目组在天峻县稍事休整一天,第二天直达木里。
  木里地区遍布沼泽,偌大设备只靠履带式拖拉机拖着用钢板焊接的爬犁上山。据说这种方法还是上世纪60年代勘探队员的发明,一直沿用至今,成了征服木里的一件法宝。
  起初,设备是用吊车从货运车吊到铁爬犁上的,运到山上后在没有吊车的情况下,他们顶风冒雪和着指挥的号子声,硬是一步一步手拉肩杠,连拖带拽地把几个庞大设备,艰难地搬运到了指定位置。
  安装设备,调试机器,钻机带着钻取“可燃冰”的神圣使命开钻了……
  项目组的帐篷搭建在空旷的高原,寒风、雨雪总是你争我抢地挤进帐篷,尽管生着火炉,帐篷里仍然像个冰窖,晚上合衣而眠也抵御不住高原的酷寒。
  初到木里,最难耐的要属严重的高山反应了。头痛、头晕、胸闷、恶心……这些恶魔如影随形,但科研项目组的人员不退缩、不畏惧,以饱满的热情,顽强的毅力克服着一切困难。
  钻探工作劳动强度大,无论飞沙走石,还是风吹雨打,项目组人员白天黑夜都全神贯注察看钻进情况,记录科学钻探实验井的每一天、每一刻。
  现场使用的是常温泥浆,在未使用泥浆冷却系统时,泥浆温度达到8度,并且在147米处取到CO2型水合物。使用泥浆冷却系统后,当泥浆温度降到2度时,在235米处取到了甲烷型水合物。所有现场的人们都高兴极了,此次打出的水合物虽说含量少,但泥浆冷却系统工作正常、可靠。科学钻探实验井传出了第一个喜讯。
  听到了“可燃冰”分解发出的气泡声
  DK2井终孔后,科学实验DK3井开始施工。在DK3井钻进到120米即将接近天然气水合物层位时,系统中制冷机组的控温电子模块发生故障,无法使用。现场指挥为了避免因泥浆温度过高而无法取到天然气水合物,果断决定停钻。于是赵江鹏、李国圣连夜赶往西宁购买模块。尽管交通不便,路途艰难,但是460余公里的路程他们来去仅用了三天时间,并连夜上山修理更换,直至东方破晓才修好,系统调试正常。在郭威的手机里至今还保存着赵江鹏发来的“OK”短信,时间定格为2009年8月26日凌晨3时20分。
  系统工作正常后,现场开钻。钻进到139米处时钻取到了肉眼可见白色的天然气水合物,李国圣大喜过望,狂喊着:“可燃冰取到了!可燃冰取到了!”现场一片欢呼。
  在岩心取到地表后,主要是通过听和闻的手段确定岩心是否有天然气水合物。听主要是听岩心有没有水合物分解后产生的气泡声。闻主要是闻岩心有没有煤油味。当时,现场的地质人员没有听到气泡声,就把它放到了一边。心细的李国圣屏住呼吸仔细听,终于听到了天然气水合物分解时发出的细微气泡声,并让地质人员确认。地质锤轻轻一砸,果然看到了白色的水合物,一经点燃徐徐燃烧,那游丝般的青烟轻轻地抚摸着人们绽开的笑脸。
  样品送到青岛海洋地质研究所,用世界上最先进的激光拉曼光谱仪检测,显示所获样品的光谱曲线为标准的天然气水合物特征光谱曲线。
  “可燃冰”钻探现场的总指挥、首席科学家祝有海笑得合不拢嘴,连连赞叹道:“吉林大学立下了功劳。”
  在而后的科学钻探实验井DK4孔工作中,泥浆冷却系统工作一直正常、可靠,受到了地调局和相关单位的首肯。
  直到今天,以吉林大学孙友宏教授为首的课题组人员都觉得,能够参加找“可燃冰”这样重大的国家项目是无比的幸福和荣耀。是的,对科研人员来说,还有什么比这更幸福和荣耀的呢?

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