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万米钻机正式诞生,8月在大庆油田首次练兵
作者:石家庄中锐钻探设备有限公司  发布时间:2013-05-09 07:50:27  点击次数:4258


  以吉林大学为主体的研究人员负责进行“深部大陆科学钻探装备研制”的研发工作,在万米大陆科学钻探装备集成和关键技术上取得了重大突破,我国首台万米大陆科学钻探装备———“地壳一号”万米钻机正式诞生。
  人类探索宇宙奥秘的脚步从未停歇,“上天、入地、下海”是21世纪人类挑战自然的三大壮举。多年来,我国征服太空和深海的计划逐步得以实施,但挺进地心的深部探测工程计划却始终举步维艰。如今,这项计划取得了突破性进展,以吉林大学为主体的研究人员负责进行“深部大陆科学钻探装备研制”的研发工作,在万米大陆科学钻探装备集成和关键技术上取得了重大突破,我国首台万米大陆科学钻探装备———“地壳一号”万米钻机正式诞生,预计在今年6月抵达黑龙江大庆的“松科2井”井场,于8月开始首次“练兵”。万米之下的地球是什么样子?如何深入其中?昨日,吉林大学“地壳一号”万米钻机项目的相关负责人揭秘玄机。

  钻探难度:10~20米就提钻一次
  万米钻机课题负责人、吉林大学建设工程学院院长孙友宏说,吉林大学承担钻深能力达1万米的大陆科学钻探装备研发。2009年申请立项,2010年进行前期准备及方案设计工作,2011年12月20日,“地壳一号”万米大陆科学钻探钻机主体在四川诞生,并顺利通过验收,这是国内最大的大陆科学钻探钻机。 “我国虽然已经有了1.2万米的石油钻机,但是石油钻井与科学钻探井并不相同。”吉林大学“地壳一号”万米钻机项目的研究人员高科博士解释,石油钻井正常起下钻的目的是为了换钻头,如果钻头的寿命是1000米,那么1000米只提一次钻就可以了。而科学钻探井却是为了提取完整的地层岩芯,需要每钻进10~20米就提钻一次,将地球深部的岩石带到地表供地质学家研究,要求钻机具有极高的自动化和智能化水平。

  钻探目的:发掘历史预测气候变化
  孙友宏介绍,2005年,我国在江苏省东海县完成井深5158米的科学钻探计划,迈出了我国“入地”工程的第一步。这次项目选择在黑龙江省的大庆油田,因为大庆是目前地球白垩系保存最完整的地区。
  资料显示,白垩纪位于侏罗纪和古近纪之间,约1亿4550万年前至6550万年前,是距今最近、地质记录也保存得最为完整的温室气候时期。早在2007年,我国曾成功钻探“松科1井”,获取长达2485.89米长的岩芯,这次的“松科2井”将与已经完成的“松科1井”一起,构成全球首个近乎完整的白垩系陆相沉积记录,以获得白垩纪时期亚洲东部高分辨率气候环境变化记录,为预测未来全球时间尺度气候变化趋势提供科学依据。另外,在白垩纪时期出现大规模的油气富集。这次钻探,也想看看大庆油田的地下深处,是否还有另一片丰富的油田。

  未来计划:深入地下1.3万米
  高科说,之前我国都是通过物探、地震、航磁探测等手段来探测地下的物质,这些方式所获得的信息是看不见、摸不到的,无法进行更深一步的研究。“只有通过科学钻探,才能将地下一万米的物质取上来,公布于众。”不仅如此,还能带来一系列相关技术的发展,可以了解地下的资源状况、板块构造以及过去的气候变化情况。
  “深部大陆科学钻探装备是打开地球奥秘之门的钥匙,大陆科学钻探井是深入地下的望远镜。”孙友宏说,“可以说,深部大陆科学钻探装备的水平,是反映一个国家科技发达的程度。” “这次是‘地壳一号’的首次行动,任务是打到6200米,主要是以练兵为主。”孙友宏说,他们会同时寻找其他的合适井位,下一步钻到8000~9000米,“与此同时,我们即将研发1.5万米的装备,目标是打出1.3万米深的井。”
  地下温度根据以往的经验,这次工程所面临的最大挑战,是地下的极度高温。“松辽盆地处于一个高地温场,深度每增加100米,温度就会上升3.9℃。”孙友宏说,前苏联的科拉超深钻,在1.2万米深度,地温也仅在220℃左右。“这次工程所遇到的最高温度,将超过260℃。”

  “入地”历史
  前苏联于上世纪80年代完成的科拉半岛超深钻,深度达12262米,是目前世界上的第一深井。上世纪90年代,德国向这一纪录发起挑战,发起KTB超深钻工程,但是由于工程耗资巨大、技术难度高,在地下9101米处止步,深度目前排名世界第二。
  “地壳一号”名义钻深可达1万米,最大钩载可达700吨,总功率4610KW。整套钻机装备高60米、重1500吨、占地约1万平方米。高科介绍,预计在下个月,将其分解后,以海运和陆运两种方式将它从四川运往大庆,“大概有20个超限部件需要海运,其他部件由70到80辆拖挂式卡车运送。”设备运抵大庆油田,并组装、调试完毕后,将于8月正式开钻。

  高智能
  自主研发的关键技术及装备,是“地壳一号”万米钻机的核心。在司钻房内,通过布控到钻机各个重要部位的监视器,控制触摸屏幕上的各种控制按钮,完成万米钻杆从地面到平台上的运输、拧卸、排列,起下钻和正常钻进等全部工序。”“秘制”泥浆由于深部地应力的作用,再加上地层的不稳定性,井壁会变得容易剥落。因此,需要采用泥浆来进行井内精准压力控制。“200℃以下时,使用的是水基泥浆。”高科透露,井下温度达到200℃以上时,就要使用油机泥浆,“主要采用耐高温的硅油,耐温性可以达到260℃,这是非常难的。”
  仿生钻头钻头在钻井中起到“火车头”的作用,项目组科研人员通过对土壤动物的研究,从俗称屎壳郎的蜣螂身上找到了灵感。“蜣螂在动物粪便里穿行自如,却能做到身体表面不沾。”高科说,“另外,蜣螂在地下挖洞,可以达到两米之深。”科研人员通过对蜣螂的长期观察,发现它的头上有一个“推土铲”。同时,蜣螂的腹部有很多凹坑。高科说,他们在做钻头的时候,将蜣螂的这些优点全部应用到其中。

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