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如何让“梦想”号钻探到11000米深地?专访总设计师 突破技术难关

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2025-01-06 10:54:57  网易

如何让梦想号钻探到11000米深地。地球像一颗巨大的鸡蛋,最外层是薄薄的地壳。人们一直梦想着能够像剥鸡蛋一样揭开地壳的奥秘。今年3月,我国“深地塔科1井”项目的成功推进让这一梦想更接近现实。

这口超深钻孔深度超过10000米,打破了多个深井钻探纪录,成为世界上为数不多突破万米的超深井之一。有人可能会问,为什么要钻这么深?难道仅仅是为了满足好奇心吗?

如何让“梦想”号钻探到11000米深地?专访总设计师 突破技术难关

目前,世界最深钻孔是苏联挖掘的科拉超深钻孔,深度达到12262米。相比之下,我国塔里木地区的“深地塔科1井”虽然没有打破这一纪录,但其深度也超过了10000米,已经是全球少数能突破这一深度的钻孔之一。

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为了直观理解这个深度,可以用珠穆朗玛峰做对比。珠峰海拔8848米,而深地塔科1井相当于在珠峰顶端开挖,一直挖到海平面的高度,还要再下挖近2000米,总深度相当于12个迪拜哈利法塔的高度。

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钻这么深的井非常困难,需要克服三个主要难关:高温、高压和高地应力。地下每增加100米深度,温度升高2-3摄氏度。10000米深处的温度可能超过300°C,这对钻头、密封件和设备的电子元件都是巨大考验。科研人员必须不断试验改进,研发新型耐高温材料,确保钻井设备正常运转。

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10000米以上的深度,井内泥浆的压力通常会超过175MPa,地层压力甚至会达到400MPa。传统的钻井设备无法应对这样的压力,需要极其精密的设计和技术支持。此外,当达到一定深度,地壳的岩石结构变得不稳定,井壁容易坍塌,导致钻头卡住。科拉超深钻孔在挖掘过程中就多次因高地应力频发事故,耽误了大量时间。

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为了应对极端环境,我国在钻井技术上做了大量研究和实践,研发了多项创新技术。其中最引人注目的是自主研发的世界首台12000米深井自动化钻机,能在高温和高压下稳定运行,为整个钻探工程提供可靠支持。我国还研发了220°C超高温钻井液,有效控制钻具温度,减少摩擦,防止设备过热故障。

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科研团队还研发了175兆帕特高压压裂车,专门应对高压力环境,确保设备安全稳定运行。项目组在井深达到5800米时成功安装了752吨重的大直径复合套管,解决了高地应力问题,避免井壁坍塌和卡钻风险。

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中石油自主研发的“司钻领航仪”也在钻探过程中发挥了重要作用。这个高科技设备能在每钻探1米的同时分析接下来5米的钻探信息,并实时传送346项参数到3000公里外的指挥中心。指挥中心专家通过实时监控和分析,及时预警并提供决策支持,大大提升了钻探效率和安全性。

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2024年3月4日,经过279天的钻探,深地塔科1井成功突破10000米深度,创下了亚洲钻探深度的新纪录。这个速度也是全球最快的——相比之下,苏联当年钻探到同样深度花费了十多年的时间。

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开挖如此深的钻井不仅是为了突破纪录,还具有深远的科学研究和能源开发意义。2024年3月4日,来自地下10000米深的寒武纪岩层样本被成功取出,这些岩石已经沉睡了超5.1亿年,价值堪比月球土壤。它们像是地球历史的“时间胶囊”,通过研究这些样本,科学家可以更深入地了解地球的形成过程、地质和气候演变,为解答地震成因、地壳流体作用以及地球历史气候变化等问题提供宝贵线索。

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这次钻探获得的中国深部10000米的地质剖面数据对我国地质研究意义重大,为今后开展更深入的地质勘探和资源开发提供了重要参考依据。我国有超三分之一的油气资源分布在4500米深的地下,在塔里木盆地,八成以上的石油埋藏在6000米以下的地层中。这口井的钻探意味着我们能够进一步探索这些深层资源,提升我国的能源供应保障能力。

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随着勘探深度的增加,我们有望发现更多的矿产和贵金属资源,这对于确保国家资源安全至关重要。这项工程的成功实施推动了我国在石油、天然气、矿产和工程机械等多个行业的技术进步,特别是在深井钻探技术、自动化设备和钻井液创新方面,我国的技术水平已经走在世界前沿。

这口突破万米深的钻孔不仅是一次技术的突破,更是一次思维的革命。它让我们意识到,地球深处不仅是困难重重的“禁区”,更是充满未知与机遇的宝藏库。未来,随着技术的不断进步,我们或许能深入探索地球的每一层,揭开更多关于地球和人类历史的谜团。过去,我们只能仰视那些世界级的技术成就,但今天,我们不仅迎头赶上,还在某些领域实现了超越。未来的挑战依然巨大,但通过不断的技术创新和努力,我们中国必将在更深、更远的领域创造更多的奇迹。

(责任编辑:卢其龙 CN070)
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