中國萬米地殼鑽探設備「地殼一號」啟程赴大慶打井

10月15日，國內首臺萬米大陸科學鑽探鑽機「地殼一號」從四川廣漢市啟運前往大慶油田所在的松遼盆地，將執行「松遼盆地白堊紀大陸科學鑽探」、「深部大陸科學鑽探裝備研製」等多項科學研究任務。「地殼一號」標誌著我國成為繼前蘇聯和德國之後世界上第三個擁有實施萬米大陸鑽探計劃專用裝備和相關技術的國家。

國內首臺萬米大陸科學鑽探鑽機「地殼一號」

將刷新我國鑽探深度紀錄

「地殼一號」萬米大陸科學鑽機的研製是國家「深部探測技術與實驗研究專項」當中，吉林大學所承擔的「深部大陸科學鑽探裝備研製與實驗」子課題的重要組成部分。該萬米鑽探專用鑽機設計裝機高60米，佔地10000多平方米，其鑽進能力達到1萬米，項目啟動以來國家累計專項撥款1.0287億元。

針對科學鑽探的特殊性，吉林大學和宏華集團組成聯合科研團隊，自主研發、改進了高轉速全液壓頂驅系統、高精度自動送鑽系統和起下鑽自動排管系統等一系列關鍵技術，並採用國內領先的數控變頻電動鑽機技術(DBS)，鑽機科學鑽探能力達到世界先進水平。

浩浩蕩蕩的「地殼一號「運輸車隊」

為順利完成此次遠程運輸，工作人員將萬米科學鑽機設備拆解包裝為126件，總體積6000餘立方米，總重量達1500多噸。其中，長度超過10米的結構件33件，單件最大長度13米；單件最大重量約40噸；各部件分裝於50輛六軸重型拖掛運輸車上，每輛車長21.5米；全部鑽機設備的出廠檢驗、防腐處理、包裝裝車等工序歷時近一個月。運輸車隊將途經四川、陝西、河南、河北、北京、天津、遼寧、吉林、黑龍江等9個省、直轄市，130多個縣市，單程總運輸裡程3500多公裡，途中將翻越秦嶺等高山危險路段，預計整個車隊將於10月21日到達大慶井場。

據介紹，整個運送過程面臨著運輸部件龐大、車輛眾多、路途遙遠、路況複雜，環境天氣多變等諸多困難挑戰。為確保鑽機設備安全、順利到達目的地，國家國土資源部協調交通運輸部落實沿途交通運管部門對車隊通行給予保障和配合；國家深部探測專項辦公室會同吉林大學、宏華集團多次對鑽機運輸路線進行實地踏查，並確定了最終的運輸方案。

吉林大學地調院組織承擔研發的我國首臺萬米大陸科學鑽探專用鑽機此前已在四川進行過鑽探實驗

吉林大學建設工程學院副院長趙大軍介紹，「地殼一號」運達黑龍江大慶安達松科2井井場後，將立馬投入組裝、測試，最遲於年底前開始鑽探。

松遼盆地國際大陸科學鑽探工程設計井深6600米，將實現國內大陸科學鑽探的重大突破。截至目前，世界上超過8000米的超深孔科學鑽探只有前蘇聯的科拉超深孔和德國的KTB孔，我國原最深科學鑽探孔為江蘇CCSD-1孔，鑽探深度為5158米。

「地殼一號」鑽機

科研探萬米 全球僅一項成功案例

幾年前，我國已擁有設計深度達1.2萬米、用於石油開採的鑽機。為啥科研用的萬米鑽機會「姍姍來遲」？

「科研用的鑽機，比生產用的要求高很多。」趙大軍介紹，石油開採多在沉積巖進行，質地較軟；科研卻需鑽探變質巖和火山巖，質地堅硬，且因為要取巖芯，不能「野蠻施工」，這對於鑽機轉速、鑽進工藝都提出很高要求。

此前，全球僅有前蘇聯鑽出過深度超過1萬米的科學鑽探孔，德國的KTB孔於1994年鑽探至9101米。我國目前最深的科學鑽探孔位於江蘇，僅5158米。美國冷戰時期也曾實施過「莫霍計劃」試圖鑽穿地殼，但後來半途而廢。

前蘇聯的科拉超深鑽孔達到地下12289米，至今保持著科研鑽探記錄

保證科研要求，還要衝刺萬米深度，校企都想盡辦法：鉤載能力直接影響鑽探深度。宏華集團此前最深的9000米鑽機，差著25噸鉤載能力，為此攻關歷時半年。

更困難的，是給鑽機降溫。在大慶油田所在的松遼盆地，地下每降低100米，溫度升高3.9度。在6000米深度上，即可超過300度。「如果不降溫，工作中的鑽頭只要2分鐘就融化了。」趙大軍說，「地殼一號」此次運用新技術的填充泥漿，幫助鑽頭冷卻，在6000米深度上可將溫度降低一半。

「地殼一號」將先在松科2號井場「練手」，首次鑽探深度6400米，然後嘗試8000米左右深度。趙大軍直言，受降溫能力等限制，鑽機暫還不能衝擊萬米深度，「但鑽探萬米是必然目標。」他表示，已打算製造設計深度1.5萬米的鑽機。

探尋「時間隧道」 尋找油氣資源

中國地質科學院深部探測研究中心主任陳宣華認為，之所以研發萬米鑽機，目的至少有兩個：幫助科學家預測全球氣候變化，進一步拓展當地油氣勘探領域。

在地質構造複雜地區，堆積著不同年代的地層，就如同「時間隧道」，記錄著當時氣候變化的信息。「地殼一號」首次「練手」的深度，正好覆蓋從6500萬年到1.5億年前的白堊紀地層。「白堊紀是地球不斷升溫的時期，和現在很像。」陳宣華認為，獲知白堊紀的氣候變化規律，有助於預測如今的全球氣候變化。

另一方面，選擇在大慶油田開工，是為了尋找這片我國最大油田的資源潛力。陳宣華表示，此前油氣勘探，一是深度達不到，二是沒有全程提取巖芯。此次採用先進的勘探手段，完全可能找到油氣資源的漏網之魚。