如何讓夢想號鉆探到11000米深地。地球像一顆巨大的雞蛋,最外層是薄薄的地殼。人們一直夢想著能夠像剝雞蛋一樣揭開地殼的奧秘。今年3月,我國“深地塔科1井”項目的成功推進讓這一夢想更接近現(xiàn)實。
這口超深鉆孔深度超過10000米,打破了多個深井鉆探紀錄,成為世界上為數(shù)不多突破萬米的超深井之一。有人可能會問,為什么要鉆這么深?難道僅僅是為了滿足好奇心嗎?
目前,世界最深鉆孔是蘇聯(lián)挖掘的科拉超深鉆孔,深度達到12262米。相比之下,我國塔里木地區(qū)的“深地塔科1井”雖然沒有打破這一紀錄,但其深度也超過了10000米,已經(jīng)是全球少數(shù)能突破這一深度的鉆孔之一。
為了直觀理解這個深度,可以用珠穆朗瑪峰做對比。珠峰海拔8848米,而深地塔科1井相當于在珠峰頂端開挖,一直挖到海平面的高度,還要再下挖近2000米,總深度相當于12個迪拜哈利法塔的高度。
鉆這么深的井非常困難,需要克服三個主要難關(guān):高溫、高壓和高地應(yīng)力。地下每增加100米深度,溫度升高2-3攝氏度。10000米深處的溫度可能超過300°C,這對鉆頭、密封件和設(shè)備的電子元件都是巨大考驗??蒲腥藛T必須不斷試驗改進,研發(fā)新型耐高溫材料,確保鉆井設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。
10000米以上的深度,井內(nèi)泥漿的壓力通常會超過175MPa,地層壓力甚至會達到400MPa。傳統(tǒng)的鉆井設(shè)備無法應(yīng)對這樣的壓力,需要極其精密的設(shè)計和技術(shù)支持。此外,當達到一定深度,地殼的巖石結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定,井壁容易坍塌,導致鉆頭卡住??评钽@孔在挖掘過程中就多次因高地應(yīng)力頻發(fā)事故,耽誤了大量時間。
為了應(yīng)對極端環(huán)境,我國在鉆井技術(shù)上做了大量研究和實踐,研發(fā)了多項創(chuàng)新技術(shù)。其中最引人注目的是自主研發(fā)的世界首臺12000米深井自動化鉆機,能在高溫和高壓下穩(wěn)定運行,為整個鉆探工程提供可靠支持。我國還研發(fā)了220°C超高溫鉆井液,有效控制鉆具溫度,減少摩擦,防止設(shè)備過熱故障。
科研團隊還研發(fā)了175兆帕特高壓壓裂車,專門應(yīng)對高壓力環(huán)境,確保設(shè)備安全穩(wěn)定運行。項目組在井深達到5800米時成功安裝了752噸重的大直徑復合套管,解決了高地應(yīng)力問題,避免井壁坍塌和卡鉆風險。
中石油自主研發(fā)的“司鉆領(lǐng)航儀”也在鉆探過程中發(fā)揮了重要作用。這個高科技設(shè)備能在每鉆探1米的同時分析接下來5米的鉆探信息,并實時傳送346項參數(shù)到3000公里外的指揮中心。指揮中心專家通過實時監(jiān)控和分析,及時預警并提供決策支持,大大提升了鉆探效率和安全性。
2024年3月4日,經(jīng)過279天的鉆探,深地塔科1井成功突破10000米深度,創(chuàng)下了亞洲鉆探深度的新紀錄。這個速度也是全球最快的——相比之下,蘇聯(lián)當年鉆探到同樣深度花費了十多年的時間。
開挖如此深的鉆井不僅是為了突破紀錄,還具有深遠的科學研究和能源開發(fā)意義。2024年3月4日,來自地下10000米深的寒武紀巖層樣本被成功取出,這些巖石已經(jīng)沉睡了超5.1億年,價值堪比月球土壤。它們像是地球歷史的“時間膠囊”,通過研究這些樣本,科學家可以更深入地了解地球的形成過程、地質(zhì)和氣候演變,為解答地震成因、地殼流體作用以及地球歷史氣候變化等問題提供寶貴線索。
這次鉆探獲得的中國深部10000米的地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)對我國地質(zhì)研究意義重大,為今后開展更深入的地質(zhì)勘探和資源開發(fā)提供了重要參考依據(jù)。我國有超三分之一的油氣資源分布在4500米深的地下,在塔里木盆地,八成以上的石油埋藏在6000米以下的地層中。這口井的鉆探意味著我們能夠進一步探索這些深層資源,提升我國的能源供應(yīng)保障能力。
隨著勘探深度的增加,我們有望發(fā)現(xiàn)更多的礦產(chǎn)和貴金屬資源,這對于確保國家資源安全至關(guān)重要。這項工程的成功實施推動了我國在石油、天然氣、礦產(chǎn)和工程機械等多個行業(yè)的技術(shù)進步,特別是在深井鉆探技術(shù)、自動化設(shè)備和鉆井液創(chuàng)新方面,我國的技術(shù)水平已經(jīng)走在世界前沿。
這口突破萬米深的鉆孔不僅是一次技術(shù)的突破,更是一次思維的革命。它讓我們意識到,地球深處不僅是困難重重的“禁區(qū)”,更是充滿未知與機遇的寶藏庫。未來,隨著技術(shù)的不斷進步,我們或許能深入探索地球的每一層,揭開更多關(guān)于地球和人類歷史的謎團。過去,我們只能仰視那些世界級的技術(shù)成就,但今天,我們不僅迎頭趕上,還在某些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了超越。未來的挑戰(zhàn)依然巨大,但通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和努力,我們中國必將在更深、更遠的領(lǐng)域創(chuàng)造更多的奇跡。