钻探|上天容易入地难！7018米深井现场总指挥讲述真实版“地心游记”( 三 )
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“松科二井”于2014年4月开钻 ， 整整钻探了4年的时间 ， 经过艰难攻关 ， 该工程攻克了超高温钻探和大口径取心等关键技术难题 ， 获取了415万组24TB的深部实验数据 ， 创造了4项世界纪录 ， 标志着我国钻探装备研发水平成功跻身国际第一梯队 ， 在“向地球深部进军”的道路上又迈出了坚实的一步 。
深部大陆科学钻探工程并不仅仅是在地球上打个较深的洞而已 ， 其涉及地学、力学、机械、仪电、材料、物理、化学等多个学科和领域 ， 深部大陆科学钻探装备水平也反映出一个国家的科技发达程度 。
三大难题：高温、高压、高地应力张金昌告诉采访人员 ， 给地球深部打洞 ， 主要依赖于钻头和中空的钻杆进行 。 其中钻头是能够“冲锋陷阵”的“地下先锋” ， 由高强度的昂贵人造金刚石构成 ， 而钻杆都有螺纹接头 ， 一根一根相接 ， 就可以不断钻入地球的深部 。
进行地球深部钻探时会遇到一系列的难题和挑战 。 如何保障钻头在持续超高温下不“罢工” ， 就是科学家们面临的重要问题 ， 因为钻头在钻探时需要降温 ， 钻井越深 ， 温度越高 。
科学家预计 ， 钻到地球深处超万米处 ， 温度将达到300摄氏度以上 。 这意味着 ， 钻探机器上所使用的孔底马达、震击器、轴承密封等材料得耐得住这样的高温才行 。 可现阶段很多材料的耐高温性能还没这么厉害 。
因此实施钻探时 ， 深度越大用于降温用的循环钻井液面临的挑战就越大 ， 此外还必须通过井下温度传感器实施精确监控 。 否则 ， 钻头被烧坏 ， 损失就大了 。 在钻探松科二井时 ， 每往下钻进100米 ， 地下温度会升高3℃至4℃ ， 等钻到孔底的时候温度已超过240℃ 。
通过反复研究和实验 ， 张金昌团队研发出新型水基钻井液配方 ， 经受住了井底高温的考验 ， 这刷新了我国钻井液应用的最高温度纪录 。
给地球深部钻探降温 ， 现在一些科学家也在设想采用专门的制冷设备 ， 像空调一样给钻具降温 。 遗憾的是 ， 可以在高温高压环境下使用的制冷机目前还没有诞生 。
高压也是深部钻探的一大挑战 。 如果钻孔深度达到一万多米 ， 预计井内泥浆压力将达到175Mpa以上 ， 地层压力将达到400Mpa 。 而现有很多测量仪器所能耐受的压力为140Mpa到170Mpa之间 。 这也是现阶段我国深部钻探还没有突破1万米大关的重要原因 。
【钻探|上天容易入地难！7018米深井现场总指挥讲述真实版“地心游记”】更麻烦的是 ， 在高温、高压之下 ， 岩石的物理力学性质会发生改变 ， 容易破碎 。 一旦井壁岩石出现破碎 ， 又会严重阻碍钻井施工的顺利进行 。
高地应力是深部钻探不能忽视的另一重威胁 。 所谓地应力 ， 是地壳内岩石在受到外力而变形时 ， 各部分之间产生相互作用的内力 。 高地应力非常容易造成井壁垮塌、卡钻等井下事故 。 张金昌透露 ， 为了顺利推进钻探的进行 ， 松科二井就实施了很多技术革新 。 比如采用国内首创的大直径同径取心钻探工具 ， 使用钻探工具直接钻进一个大井眼 ， 可以一次性钻进至设计的井眼直径 。
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损失1厘米岩心相当于损失1万年纪录“钻地”成功后科学家们又面临“取心”的挑战 。 在一个极不均匀和复杂的球体上“动刀” ， 在保证钻的井眼不能坍塌和崩裂的同时 ， 还要完整无缺地取出深部岩心 ， 难度极大 。
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