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    西双版纳钻井设备

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    time:2020-04-26 09:03:03

    本文由广西宏探建筑工程有限公司提供,重点介绍了钻井设备相关内容。广西宏探建筑工程有限公司专业提供打井钻井公司,打井哪家好,专业打井要多少钱等多项产品服务。从成立至今,服务过多项优质客户,提供一站式服务,选择我们享受一次完美的消费体验。

    钻井设备地球上的实测最低温度是零下89.2℃,1983年7月21日测于俄罗斯南极东方站,这里几乎是世界上最寒冷的地方。8月最冷,平均气温-68℃;12月最热,平均气温-31℃;极端最高气温-12℃(2002年1月),年平均气温为-55℃。但这里的环境并非从古至今一直如此恶劣,现在的南极洲大陆曾是超大陆冈瓦纳大陆的一部分,位于赤道附近。这里曾经植被繁茂,有着各种恐龙、有袋类和食草类爬行动物。大约8000万年前,超大陆开始分裂,其中一部分向南漂移,最终在南极点停留下来成了南极洲。之后的年代中,随着大气中温室气体水平下降,南极洲的气温也逐渐降低,循环的洋流也使气温进一步下降。约3400万年前,包括河流与内陆湖在内的南极地表水,开始在冬季结冰。一直到了约1500万年前,冬季冰冻的地表水再也没能在夏天融化,坚实的冰层将河水与湖水封埋在了冰顶之下。随着地球温度的持续下降,大片冰川逐渐覆盖了南极洲大陆,使所有的陆生哺乳动物、爬行类和两栖类动物灭绝,南极洲从此深埋在几千米厚的巨大冰盖之下。1960年,苏联地理学家安德列·卡皮查在飞跃沃斯托克地区上空时,发现冰原上有一个巨大的平坦区域,他认为冰川下有一个湖泊,但这个看法在当时并没有引起人们的重视。1974年,英国科学家在对该地区以地震探测研究冰层厚度时发现了问题,在冰面下约4000米深处,有一片面积达1万平方公里广阔区域的各项数据都异常。卡皮查认为,数据显示异常是因为冰下封存着一大片湖泊,冰盖极强的压力和深处的地热使湖水获得了足够的温度来维持液态。卡皮查的论断终于在1996年得到了证实,对该地区的卫星测量和机载透冰雷达等研究确认,冰盖下有一个平均深度500米的湖泊,就在俄罗斯东方站(Vostok Station)下方;长约250公里,宽约50公里,面积与安大略湖相当,湖中至少有22个液态水腔;之后命名为沃斯托克湖,被一个深度为200米的山脊分成两个主要盆地,北面盆地深400米,南面盆地深800米;湖水平均温度-3℃。截止到2015年末,在南极洲发现了402个冰下湖泊,沃斯托克湖是其中最大的一个;然而格陵兰冰川下湖泊的数量非常少,只有四个。2005年,一个由德国、俄罗斯和日本的科学家组成的研究小组发现,沃斯托克湖中有潮汐现象,随着太阳和月亮相对位置的改变,湖水表面高度有12mm的升降。研究者们推测,潮汐可以使整个湖泊中的水产生循环运动,如果有微生物存在的话,对它们的生存大有裨益。通过卫星对南极冰下湖泊的观测,科学家们发现一些相隔数百公里远的地方,其表面高度的变化是相同的。科学家们认为,南极的多个冰下水体之间,可能由活水河流网络连接在了一起,冰盖之下存在着复杂的水文运动,湖泊之间的水能够发生交换。冰川学家邓肯·温纳姆和马丁·斯格特,2006年在《自然》上发表了这个理论。

    在20世纪70年代,东方站的工程师们就已经成功钻取了一组深达952米的冰芯,探测到了上一次冰川时期形成的冰层。到了80年代,新的钻井设备运抵,钻探到了2202米的深度。1996年,钻孔已经深入冰层下3623米,勘探到了42万年前形成的冰层。但随着冰下封埋着的古老湖泊的发现,钻探工作被叫停了,因为钻孔已经临近这个遗失的世界,东方站的钻探工作具有了完全不同的重大意义。位于冰盖底部、冰下湖上面的冰层,已经形成了42万年,冰下湖被封冻的历史应该更为久远,但目前还不清楚是现在的冰川取代了更早的冰川,还是冰下湖曾在几次冰川时期之间经历过解冻期。在湖水被冰封起来之前,曾经活跃于湖中的动物、植物、藻类、微生物等经历了怎样一个生态过程?全都灭绝了吗?在绝对的黑暗与低温中,是否有生命残存了下来,适应了冰川下几千米的生活环境?沃斯托克湖由于冰盖的巨大重量而承受着300倍于地表水的压力,湖水为氮气和氧气的过饱和溶液,浓度约为一般淡水湖泊的50倍,地球上没有任何地方有浓度如此之高的氧气。由于巨大的压力,氧气和其它气体不只溶解在水中,还形成晶笼结构(在深海中也有);如果水从沃斯托克湖被释放出来,可能会像摇过的汽水一样喷出。因为当时的冰川钻探设备,并非专门为探测生命而设计(主要是古气候研究),为了使钻头在冰层中不被冻住,钻头和钻孔周围需要注满抗低温的介质,主要是航空煤油、氟利昂等,这肯定会造成污染;而钻头也可能沾染了来自地表的动植物、微生物和其它化学物质。所以,为了防止冰下湖泊的原始水体和生态环境与外界污染物发生接触,东方站的钻孔工作停止了,此时距离湖面还有100米,钻孔也被封闭了。

    随着冰下湖泊中水体的流动,冰顶之下的水体会周期性的冻结、融化,自湖水被完全冰封之时起就一直重复这个过程。因此,冰下湖泊顶部的冰层,并不是冰川的冰,而是冻结的湖水,被称为“积冰”。积冰从冰下湖水的表面向上延伸,厚度足有数十米,东方站在钻探停止之前最后取出的冰芯样本,被认为包含了积冰。1999年,分析这些积冰中DNA的一些研究结果首次发表了,科学家们列出了沃斯托克湖的积冰冰芯中含有微生物的证据。但当时的钻头没有灭菌、东方站的工程师们在钻孔中倒入了60吨煤油防止结冰,所以根本无法排除外界环境的DNA污染;并且,那个时候DNA测序技术还很落后(人类基因组测序结果2001年才发表),物种基因库空空如也,难以进行对比分辨哪些才是沃斯托克湖的独有DNA。所以,当时的报告没有太大的说服力。东方站的工作确实非常艰苦,早期的设备和给养都需要从1000多公里之外的船上运输过来,比如下图的神车。随着科技的发展条件也改善了,浩浩荡荡的车队很壮观。南极也开通大型飞机航线了。东方站的钻塔和内部结构。钻塔内部。钻头。钻孔。钻取的冰芯。南极冰下湖泊的探测研究,需要大量的科学规划、工程开发和后勤支持,为了协助科考工作,南极研究科学委员会(SCAR)成立了一个专家组,以促进和协调关于此的国际交流与研讨。在2006年的第五次国际会议上,建立了三个主要的冰下湖泊探测计划,并决定在解决污染和环境等细节问题之前停止沃斯托克湖的钻探工作,以免给这个遗失的世界中的生命带来灭顶之灾。2010年的第六次会议上讨论了如何避免钻探产生污染、不对环境造成破坏等细节问题。SCAR在2011年的南极条约协商会议上批准了“南极冰川湖泊勘探行为守则”,自1996年东方站停止钻探算起,经过了15年的规划和讨论,三个冰下湖泊探测任务终于可以开始实施了。

    1、俄罗斯——沃斯托克湖(Lake Vostok)2、英国——埃尔斯沃思湖(Lake Ellsworth)3、美国——惠兰斯湖(Lake Whillans)不过遗憾的是,俄罗斯仍将使用这个旧钻孔。俄罗斯南极探险队负责人瓦列里·卢金说明了他们的方案:在距离湖面剩余50米时,将改用一种新的热钻头,利用洁净消毒的硅油液进行钻孔;当传感器检测到了钻入水中时,立即停止并拔出钻头,压力将使湖水上升到钻孔中并冻结;然后,再次重新向下钻取冰芯。2012年2月,他们终于首次钻到了水面,然而意外的是,巨大的压力使湖水喷涌而上了几百米,不可避免的混合了煤油,冻结之后被取出的冰芯含有千分之一的煤油。2013年,冰芯的分析结果发表了,研究小组发现了3507个基因序列,94%来自细菌、6%属于真核生物;报告的结论指出,沃斯托克湖中含有复杂的生物网络,包括细菌、真菌和原生生物,以及更为复杂的软体动物(注:这些分析来自于冰芯中含有的DNA,并不是说真的发现了这些生物的真实身体组织)。其中,研究小组发现了一个未知细菌的DNA,在2012年的国际基因数据库中没有匹配的结果,他们希望这是沃斯托克湖所独有的。然而,同一研究机构的实验室负责人克罗列夫指出,这个细菌可能来自于污染物并使用煤油作为能量(参考尼龙菌突变)。来自科学界的批评者认为,在他们可以获取未被污染的湖水样本之前,不会得到有价值的信息。但这并不妨碍媒体对于这个划时代的科研行动和成果的肯定性报道,当然也受到了普京的表彰(但却不给足够的经费)。在重启钻探的这个过程中,因为俄罗斯的技术涉及到煤油和氟利昂的使用,美国和英国等多个国家一直试图说服俄罗斯先不要钻透湖面,直到热水钻这类清洁钻探技术可供使用再开始。在接下来的三年里,俄罗斯团队在距离湖面500米的高度上,又开启了一个平行钻孔(钻头在这个高度横向钻进,然后再垂直向下)。瓦列里·卢金表示他们正在尽一切努力避免重复过去的失误,但他们也更有野心,不仅计划从表面采集冰芯,而且要在更深的湖中直接取水;为此,已经开发了一个特殊的50KG重的探头,以确保收集的水不被防冻液污染,这个探头能够收集至多1升的水。但再次遗憾的是,瓦列里·卢金在2015年初表示,由于资金减少,他们将不得不停止在2015年12月~2016年2月的这个夏季对沃斯托克湖的研究工作。卢金说,考察队是由国家预算直接提供资金,2015年分配了1800万美元,但在2016年将减少到1600万美元,不足以继续在湖上工作。埃尔斯沃思湖位于一个深槽底部、西南极冰盖中心冰面下3400米,150米深,面积约29平方公里。英国研究小组为此筹划研发了十多年,可谓在技术、设备、工程、防范污染、环境处理等方面都做好了充足而详尽的准备。他们在2012年12月12日,开始使用高压软管和接近沸点的无菌水的热水钻进行钻孔,钻过程预计持续5天,随后将进行快速取样作业。他们的方案是:第一个钻孔钻至距湖面300米的深度,2米之外的第二个主钻孔钻至这个深度时,立即与第一个钻孔打通而相互连接;然后热水钻通过第一个钻孔向下钻透湖面,喷涌而上的湖水将进入第一个钻孔;使用潜水泵在第一个钻孔内将水抽取上来取样。然而科考之路总是充满了坎坷,又再一次遗憾,由于未知原因,他们无法在距离湖面300米深度的两个钻孔之间打通。尝试了超过20小时,热水渗入冰的多孔表面而损失,团队试图通过挖掘与融化更多的雪来补充热水的损失,但建立两个钻孔之间连接所多花费的额外时间,导致剩余燃料储备已经不足以完成接下来的工作。2012年12月25日,圣诞节前夕不得不宣布项目放弃。相比之下,美国团队还是比较明智的,他们选择的惠兰斯湖仅在冰层下800米,水深只有两米(钻孔之前的数据分析是十几米),更像是一个密集的河流系统而不是湖。蒙大拿州立大学的微生物生态学家约翰·普利斯库,和他的团队花费了六年时间来设计安全钻孔采样程序,涉及五个国家15所大学的近20名研究人员的合作,美国国家科学基金会投入了2000万美元资金。他们的工程师都穿着无菌服外套,使用紫外线对经多重过滤的钻孔热水进行灭菌、用过氧化氢对钻孔机械进行消毒。他们用了7天时间钻透冰盖,湖水在钻孔中上升了28米,水温是-0.5℃。2013年1月28日获得第一份样品,研究人员形容为蜂蜜色的汤,含有丰富的矿物质。第二天的现场研究中观察到了细菌,在接下来的几天里进行的测试证实细菌是活的,这里的环境形成于12万年或百万年前。后两天里,收集了30升湖水、采集了8个60厘米长的沉积物岩芯。普利斯库的团队在之后的一年中经研究发现,每毫升湖水中含有13万个细胞,与世界上大部分地区的深海中微生物密度相似,但比陆地湖泊中低200倍;DNA测序揭示了3931种细菌和古细菌,比地球上其它封闭系统的生态要复杂得多;这些细菌多数与已知的微生物相关,主要通过分解矿物质获得能量。下图是水下摄像机拍摄的惠兰斯湖底的情况。放下摄像机。目前,DNA测序不排除惠兰斯湖中有更复杂生命的可能性,并且湖水上面的冰层能够通过其中包含的气泡向湖中供应氧气。研究人员对湖泊微生物的起源感到困惑,最大的问题是它们是“幸存者”还是“到达者”?是冰封之前就已存在的,还是空气中的微生物随着冰川运动和融化而到达底部湖泊的;因为惠兰斯湖距离冰架接地线仅100公里,也可能是由渗入冰盖下的海水带来的;接地线会随着冰层厚薄而变化,过去几千年中湖泊也可能与海洋交换了水和微生物。下图是来自惠兰斯湖水样品培养的细菌菌落。 了解完了这三个冰下湖泊探测任务的进展之后,大家是不是略感失望,并没有看到一些出乎意料的结果。别急,我们再来看另一个科研团队的工作成果。

    2015年1月,北伊利诺伊大学63岁的冰川地质学家罗斯·鲍威尔带领的探险队,在罗斯冰架的接地线(基线)附近使用热水钻打了个740米深的洞,此处距离冰架边缘850公里,钻孔下方的海水只有10米深,他们将一个小型水下机器人(Deep-SCINI)降入了海水中。流入罗斯冰架的主要是惠兰斯冰川,他们的工作开始于上一年的12月,运输了400吨的燃料和设备建立起这个临时营地,距离最近的永久基地有1000公里远。(若不了解冰川、冰架:如何看待南极半岛最大冰架出现裂缝? - 大地的回答 - 知乎)

    (之前没有对冰架的概念进行说明,让大家误以为这是在冰下湖上钻的孔。冰架下方的水与海洋是联通在一起的,这个孔不是在冰盖上钻的。南极冰盖在自身重力的作用下,以每年1~30米的速度,从内陆高原向四周沿海地区滑动,形成了几千条冰川。冰川入海处形成面积广阔的海上大冰舌,这就是海上冰架的来源,冰架也就是大陆冰盖向海洋中延伸的部分,是与大陆冰相连的海上大面积的固定浮冰。海上的冰架与陆上冰的分界线称作接地线(基线)。冰架的厚度可达100至1000米,绵延进海中几百上千公里。因密度比水小,冰架水面上的部分约有全部体积的十分之一,南极洲海岸有44%都连接着冰架。)Deep-SCINI水下机器人,由来自内布拉斯加-林肯大学的团队设计制造。

    那么最终有没有什么激动人心的发现呢?在这个没有阳光、极端贫瘠的冰下岩石海滩上,钻孔之后的第八天,1月15日,带有机械手和取样器的1.5米长的水下机器人被缓缓降入洞中,停止在距海底1米高的深度。挤在控制室中的十几个人的眼睛都紧盯着屏幕,一个优美的、起伏不定的阴影出现在了画面中,或许是被机器人的灯光所吸引,距离镜头越来越近,居然出现了一条半透明的鱼。。。简陋的控制室里面,人们沸腾了~~在接下来的6个小时中,研究人员看到了20到30条这样的鱼。在距离钻孔20~30米的机器人活动范围内,共两天的观察中,他们还看到了另外两种类型的更小的鱼,一种黑色的、一种橙色的,还有几十个红色的甲壳类,以及一些海洋无脊椎动物。将机器人取出之后,另一台测量水流、温度和盐度等数据的仪器被降入水底20个小时。一盏灯被用来吸引甲壳类和好奇的鱼,他们在上面制作了一个陷阱,最终捕获了少量的红色端足目甲壳类动物,但是没有捕到鱼。对于微生物学家来说,最重要的事情并不是发现鱼本身,而是对于这个未知环境的描述。在这里栖居的只能是代谢率低微的微生物,那么问题来了,这些鱼究竟吃什么呢?在这个极度贫瘠的环境中,生物如何获得足够的能量呢?从冰架海底取出的海水样品非常清澈,海底沉积物中充满了没有营养价值的碎石头,毫无生命气息。而从海洋或湖泊的底部取出的淤泥,通常都会闻到由微生物产生的气体味道,比如硫化氢;正常海洋底部大都是泥泞的沉积物,落满来自于上部海洋的腐烂有机碎屑,而这里看起来什么都没有,似乎被体量巨大的冰川流动反复冲刷得只剩下石头。食物的来源之一可能是浮游生物,生长在罗斯海中处于阳光照射的水域,然后被冰架下的水流带到这里。但海洋模型表明,这种食物需要在寒冷黑暗的冰架下漂流六、七年,才能抵达接地线区域,沿途不是被吃掉就是死了,到达这里太难了。这里的生态系统还有可能是由来自地球内部的化学能提供,微生物可以从几百米深的古老海洋沉积物中渗出的铵或甲烷获取能量,不需要依赖阳光。细菌和微生物也可能来自于从冰上掉下来的矿物颗粒,或者内陆冰盖流出的水。实际上,从火山热泉、海底海沟、冰冻荒原、深层土壤一直到大气平流层等各种不可想象的极端环境中,如果在任何一个地方没有发现微生物生命的存在,才是一个真正的大发现。在地球上,生命的存在似乎不足为奇。但多细胞生物、尤其是动物的存在和包括食物链在内的庞大生态系统的形成,的确是非凡的事件。放大了来看,整个地球也是一个孤立封闭的系统,除了太阳辐射的光子之外,地球与外部环境一直处于隔绝之中;四十多亿年来,面对大规模火山爆发、小行星撞击、气候剧变等一系列挑战,地球仍然产生了高度复杂的生命和丰富多样的生态系统。从某种程度上来说,沃斯托克湖可以近似的看作是地球的一个缩影。钻设备

    我推测,沃斯托克湖中必然会存在古细菌等不依赖阳光的微生物,鉴于其庞大的水量和空间,有很大可能性存在更高级一些的软体、甲壳动物和少量鱼类;其独立的进化树并不会与外界有过大的差异,只是在适应诸如高浓度氧气、贫瘠的养分、高压、猎食等特有的环境因素上有所微调。简单的来说,其物种形态应该与外界差不多,产生奇形异状怪物的概率非常小。当然,这一切都需要等到水下机器人能够长期游弋在沃斯托克湖中时才能揭晓。沃斯托克湖这个极端封闭的环境,其生态系统的研究对我们带来的最大启示就是“欧罗巴”,也就是木卫二等星球冰壳之下的液态海洋中是否存在生命的可能性,由此将使人类对于生命的认识进入一个新的维度。

    德克萨斯大学行星科学家布兰妮·施密特,研发了一种能够通过钻孔的系链式潜水机器人。施密特希望未来能够使用类似的技术来寻找木卫二冰壳下海洋中的生命。她说道:“我并非100%确定在木卫二上有生命,但是如果没有的话,我希望了解为什么没有。”也说不定,木卫二中的智慧生命正在努力的钻透这个外壳,想要出来看看呢~~

    人造生命之路--对起源和未来的不懈追寻! - 知乎专栏

    欧罗巴星球(木卫二)解析,是否真的会有生命存在? - 知乎专栏钻井设备

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