缘起极端条件钻采 筑梦能源资源开发 ——记吉

陈晨在悉尼 恩格斯曾经说过：“社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。”地下非常规能源钻采技术的发展正验证了这句话。 地下非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式，即刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，主要包括致密油、页岩油、稠油、油砂、油页岩油以及致密气、页岩气、煤层气、天然气水合物、地热等。 到21世纪中叶，在可预见的能源格局中，化石能源仍然是能源供给的主力军。从1996年中国首度成为原油净进口国开始，中国原油的对外依存度逐年攀升，2018年中国全年进口原油为4.62亿吨，达到了新高，对外依存度达到了70.8%，严重影响了我国的能源安全。能源问题已经成为制约我国经济持续发展的最大颈瓶，开发新能源成为我国能源战略的重要部分。 对地下非常规能源的开发研究我们正走在路上，而且在加速。吉林大学建设工程学院副院长、教授陈晨在非常规能源钻采领域的研究已经持续了约20年，尤其对油页岩、天然气水合物、极地施工、地热等的研究，陈晨可谓是见证者，更是参与者。 国家技术发明奖二等奖，高等学校科学研究优秀成果奖技术发明奖一等奖，吉林省科学技术奖，原地质矿产部科技进步奖三等奖……在国之重器吉林大学这方沃土上，陈晨带领团队播种着，收获着，默默地行走在科研路上。 万里求学，初探极端条件钻采技术 任何时刻，我们所做的每一个选择，都有可能成为人生的转折点。而现在回望过去，陈晨很庆幸自己当初选择进入地下非常规能源开发领域，让他可以为这一有长远发展趋向的研究贡献自己的一份力量。 而最初，陈晨的研究方向为岩石破碎新方法，并不涉及地下新能源的开采。“起初，我是针对固体矿产勘探取样方法来进行研究的。”陈晨所说的固体矿产勘探，主要是需要在偌大的地下找到具有开发价值的固体矿产，然后对发现的有价值的这部分矿产进行合理的规划，以便保证其能正常的开采。 随着工业化的高速发展，人们也越来越重视和关注各种矿产和能源的未来，并且已经注意到当前被广泛利用的煤炭、石油、天然气等常规能源自身存在的局限性，以及其造成的日益突出的环境问题。 陈晨也对这一有着极大发展前景的资源领域产生了研究兴趣，并借着多次赴俄罗斯圣彼得堡矿业学院、俄罗斯远东联邦大学、托木斯克理工大学做访问学者的机会，开展了极端条件下钻采技术的研究。如对热熔岩理论与技术的研究等，他对包括热熔岩各种方法、热熔钻具、热熔法设备和热熔工艺等在内的基础方面进行了探索；对极端寒冷环境下如极地冰层的热融冰原理、热融冰钻具结构、试验系统、钻井液及热融冰钻进工艺做了深入了解，并积累了一定的研究经验；初步了解了煤炭地下气化原理和技术，并积极参与了该技术的“引智”工作。此外在俄罗斯如饥似渴学习的过程中，他还深入了解并分析了钻孔水力开采技术，这种技术的原理就是利用液力将地下矿石以流动状态输送到地表。 也正是在国外学习与工作期间，他接触到这些相关前沿技术的研究成果，为他今后的研究与发现，起到了重要的助力作用，让他对各个相关科研项目的研究充满信心。 极地取芯，破解孔壁稳定难题 在地球的南北两端，是这个星球上最寒冷的地方。当海洋结冰，海水开始慢慢被冰雪堆积覆盖，也就意味着极地最寒冷的季节即将到来。而当海面最后完全被冰封成一片的时候，极地地区可怕的冬天就真的来临了。即便是长年生活在这样寒冷地区的动物，大多数也难以抵挡冬日的严寒，很多人不禁想问：极地地区究竟是怎样的呢？ “在陆地上施工有时都很困难，更不要说在极地的冰面上了，而且极地海拔比较高，气温又极低，别说钻取冰层了，就连呼吸都非常困难，发生缺氧的情况也是常事。”不得不说，极地地区因冰雪消融导致的气候变化、丰富的海洋资源与生物基因资源都与人类的生产、生活息息相关。也正因如此，极地地区的重要性不言而喻，已成为当今世界重要的地缘政治问题，各国围绕利益和影响力的竞争也日益“白热化”。因此，在“加快建设海洋强国”的国家战略的号召下，拓展极地“战略新疆城”就包含着潜在的重大国家利益。 随着极地战略地位的提升，南北极的科学钻探与油气勘探研究的热度不断上升，得到了各国的重视。要了解极地冰川是如何运动、气候又是如何变化的，就需要获取大量的冰芯，来分析自然与生态环境的历史变迁，而获取冰芯的主要来源就是进行大规模的极地冰层钻进工作。 据陈晨介绍，目前许多国家已经完成了深部冰层钻孔工作。“当前，世界范围内在极地地区钻进深度最深为3800米，这个纪录的保持者是俄罗斯，并且成功获取了冰芯样品和冰下岩心样品。相比之下，我国仅达到800米的深度。” 2018年瑞士极地会议吉林大学代表团合影 尽管成功钻取冰芯的消息不时传来，可在深部冰层钻孔工作中，由于钻孔需要经常穿过脆性行为较为明显的“脆冰层”，因此与孔壁稳定性相关的事故仍然时有发生，最严重的就是孔壁损伤—破裂

文章来源：《吉林大学社会科学学报》 网址: http://www.jldxshkxxb.cn/qikandaodu/2020/0901/332.html