7018米的“地心游記”

繼“神舟”上天、“蛟龍”下海之后，中國科學家在地球深部的探索又迎來歷史性突破！6月2日，吉林大學負責研發(fā)的“地殼一號”萬米鉆機正式宣布完成首秀，在松遼盆地科學鉆探二井（下稱“松科二井”）工程中成功應用。完鉆井深7018米，創(chuàng)造了亞洲國家大陸科學鉆井新紀錄，這標志著我國在“向地球深部進軍”的路上取得了新的重大突破。

“地殼一號”萬米鉆機填補了我國在深部大陸科學鉆探裝備領域的空白，大大提高了我國超深井科學鉆探裝備的技術水平，使我國成為世界上第三個擁有實施萬米大陸科學鉆探計劃專用裝備和相關技術的國家。

開啟地球奧秘之門的“金鑰匙”

科學鉆探是探索地球深部奧秘和開發(fā)地下資源唯一最直接的技術手段，深部大陸科學鉆探裝備是打開地球奧秘之門的鑰匙。

“地殼一號”萬米鉆機就是這樣一把開啟地球奧秘之門的“金鑰匙”。 “地殼一號”萬米鉆機由吉林大學于2013年設計完成，于2013年10月運抵黑龍江省安達市。松科二井工程是中國地質調(diào)查局部署實施的國家重大地調(diào)科研項目，目前松科二井正式完井，其完鉆井深7018米，是亞洲國家實施的最深大陸科學鉆井，也是國際大陸科學鉆探計劃（ICDP）成立22年來實施的最深鉆井。

經(jīng)過越冬休眠，在完成鉆機調(diào)試和試運行后，2014年4月13日，“地殼一號”萬米鉆機現(xiàn)場開鉆。經(jīng)過4年多的不懈努力，“地殼一號”萬米鉆機先后完成大直徑全面鉆進、取心鉆進、通井鉆進和擴孔鉆進等多項復雜工作。數(shù)據(jù)顯示，“地殼一號”萬米鉆機累計鉆進進尺9843.67米，最高日進尺達265米，最快機械鉆速每小時達28.8米，分別創(chuàng)造了最高日進尺和最快鉆速的國內(nèi)紀錄。至今，“地殼一號”萬米鉆機歷經(jīng)5個嚴冬的低溫考驗，最低溫度達-37℃，一次累計工作1163天，無故障時間利用率約為97.6%。這創(chuàng)造了國產(chǎn)同類設備的紀錄，達到國際先進水平。

十年磨一“鉆”

20世紀70年代以來，很多發(fā)達國家陸續(xù)實施了多項科學鉆探計劃。具有代表性的有蘇聯(lián)科拉半島12 262米超深鉆，是目前世界上最深井；德國KTB超深鉆，9101米，排名第二。

1996年2月，德國、美國和中國作為第一批成員，發(fā)起了國際大陸科學鉆探計劃。目前，我國已成功申請到“大別-蘇魯”大陸超深鉆、中國環(huán)境科學鉆探青海湖工程、科鉆一井和二井工程等多項ICDP項目，在大陸科學鉆探領域取得了令人矚目的成績。

工欲善其事，必先利其器。此前，我國地球物理的儀器主要依賴進口，但國外高精度的儀器對我國是封鎖的。

“如果說我們是‘小米加步槍的部隊，人家就是有導彈的部隊。”我國著名戰(zhàn)略科學家、國家“千人計劃”特聘專家、吉林大學新興交叉學科學部學首任部長黃大年教授生前接受媒體采訪時說。他深知，這是國家發(fā)展無法回避與繞開的話題，必須突破發(fā)達國家的裝備與技術封鎖。

參與“深部探測技術與實驗研究專項”是黃大年回國后的第一項重要任務——擔任專項第九項目“深部探測關鍵儀器裝備研制與實驗項目”負責人。

該項目第五課題——“深部大陸科學鉆探裝備研制”由吉林大學作為主要承擔單位進行研發(fā)，以滿足我國地球深部探測任務中對超深鉆探用高端裝備的需求。

“‘地殼一號萬米鉆機將石油鉆井裝備和先進的地質鉆探技術有機結合?！奔执髮W副校長孫友宏介紹?！暗貧ひ惶枴比f米鉆機主體由現(xiàn)有成熟的特深孔石油鉆井裝備關鍵部件優(yōu)化改進而成。自主研發(fā)的關鍵技術及裝備是“地殼一號”萬米鉆機的核心，包括自動化鉆井裝置、高性能鉆井工具及先進鉆探工藝方法。

研制團隊歷時約10年，解決了深部鉆探裝備轉盤回轉速度低、設備自動化程度低和深部鉆探鉆頭壓力控制精度低的三大技術難題。不僅如此，該團隊還突破了高轉速全液壓頂部驅動鉆進、高精度自動化擺排管、高速度鉆桿柱自動擰卸輸送和高精度自動送鉆四大深部鉆探裝備關鍵技術。

“研發(fā)階段，學校師生堅守在四川研發(fā)基地，一干就是4年。一個部件的設計圖紙就有幾千張，整個鉆機設計圖紙摞起來有一人高?！闭f到研發(fā)的艱辛，孫友宏有些哽咽?！笆昴ヒ粍?，‘地殼一號萬米鉆機形成了具有自主知識產(chǎn)權的高性能深部科學鉆探裝備和配套裝置?！睂O友宏說。

更近距離地聆聽地球“心跳”

深部大陸科學鉆探工程涉及地學、力學、機械、儀電、材料、物理、化學、仿生學等多個學科和領域，其裝備水平反映的是國家科技發(fā)達程度。

在驗收評定時，專家組對“地殼一號”萬米鉆機給出了這樣的評價：整機集成度高、自動化程度高、運行平穩(wěn)，填補了我國在超深孔科學鉆探鉆機領域的空白，全面提升了我國鉆機整機及關鍵部件的設計和加工水平。

“‘地殼一號萬米鉆機加快了我國進入國際深部探測大國行列的步伐?！敝袊こ淘涸菏?、吉林大學校長李元元總結說。

目前，“地殼一號”萬米鉆機的相關技術成果被廣泛應用于深部油氣鉆機和海洋鉆機鉆井包等，并大規(guī)模出口到阿聯(lián)酋、委內(nèi)瑞拉、俄羅斯、美國等十個國家和地區(qū)。“地殼一號”萬米鉆機的相關技術成果還成功應用于“極光號”極地鉆機，該鉆機已應用于俄羅斯北極圈亞馬爾高寒地區(qū)油氣勘探。亞馬爾液化天然氣項目是中俄能源合作重大項目，是中國提出“一帶一路”倡議后實施的首個海外特大型項目?！皹O光”號極地鉆機是中俄亞馬爾液化天然氣項目的重要組成部分，該鉆機可在-50℃低溫和12級以上強風環(huán)境下連續(xù)工作。中國制造的第一臺“極光”號極地鉆機打破了俄、美、加拿大等國的技術壟斷，成功打進了俄羅斯的北極市場。這也是我國首臺可以在-55℃環(huán)境作業(yè)的極地鉆機。

孫友宏介紹，目前，吉林大學已經(jīng)和四川宏華石油設備有限公司合作，初步完成了“地殼二號”的設計方案，目標是實現(xiàn)15 000米的鉆井深度，探索通向地球深處的隧道，更加近距離地聆聽地球的“心跳”。（本刊綜合）