作者:林梅 来源:《科学新闻》 发布时间:2014-1-8 13:10:58
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“地壳一号”将深入大庆地下六千米探测石油资源


 
10月的大庆已进入隆冬时节,西南小城广汉却秋色正好。
 
50辆运输车及8辆后勤保障车,两座城被这支特殊车队联系在一起。中国自主研发的“地壳一号”万米大陆科学钻机从四川广汉启程,风尘仆仆地赶往雪中的东北。
 
浩浩荡荡的车队,运载着中国首个万米钻井的126个部件。
 
抵达大庆
 
2012年11月20日,高65米、重1500多吨、占地1万多平方米的“地壳一号”顺利挺立在松辽盆地,比预期提前了十几天完成主体安装。
 
2014年,“地壳一号”将在这里打穿下白垩纪盆地,深入地下6600米,执行它的第一个科学任务——得到陆相沉积记录,研究古温室气候变化。同时,它还可能继续向地下更深冲击,目标直指大庆深部石油资源探测。
 
或许,大庆下面还有一个“大庆”?
 
这是深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe)首席科学家董树文根据最新探测剖面资料的预期。2008年,SinoProbe在财政部、科技部支持下成功立项,由国土资源部管理,中国地质科学院牵头实施,今年已经进入了第五个年头。当初设立的核心任务——为“地壳探测工程”解决关键探测技术难点,研制深部探测关键仪器装备,集成深部探测技术方法,作好关键性技术准备,如今已经陆续实现。
 
“地壳一号”就是该专项自主研发的关键仪器设备之一。
 
在“地壳一号”诞生之前,中国科学家进行的科学钻探深度从未超过5500米,正是因为受到装备制约。而这也正是中国地质大学国家“973”项目负责人王成善一筹莫展的原因。项目组与国际大陆钻探计划(ICDP)合作在大庆进行白垩纪古气候变化科学采样,需要打一口深度为6600米的科学钻探井,可是钻从哪儿来?
 
随着万米钻机的诞生,此时的董树文也正在犹豫在哪里打下这历史意义重大的第一钻。就在这时,大庆跃入了项目组的眼帘。
 
一边需要钻,一边需要地点。机缘巧合下,双方碰面,一拍即合。于是,在中国地质调查局的支持下,位于松辽盆地的松科2井便成为了万米钻机的第一个“战场”。
 
或许明年“地壳一号”深探6000米之后,王成善就能够获得研究需要的样本;而SinoProbe显然并不满足这一深度,他们需要继续探到8000米,才有可能得到自己想要的东西。
 
SinoProbe在寻找什么?董树文表示:“‘地壳一号’可能向大庆深部钻探,探寻大庆盆地下面更深盆地。”或许,这才是吸引SinoProbe将“地壳一号”第一钻选在大庆的最大魅力所在。
 
千里转运
 
2013年10月21日上午,笼罩在安达松科2井井场多日的雾霾渐渐散开,“地壳一号”成功运达的欢迎仪式准时开始。
 
就在头一天晚上8点,最后一辆运输车缓缓驶进安达松科2井井场,58辆车终于再次集结在一起。
 
直到这时,吉林大学建筑工程学院院长孙友宏终于长舒了一口气。回想起千里转运,他的心仍会时不时抽紧。
 
10月15日深夜,秦岭笼罩在蒙蒙细雨中,“地壳一号”运输车队开拔。从秦岭服务区到陕西省户县短短30多公里的路程,海拔高度却从1500米急降到400多米,大车行驶在陡峭的下滑路段,发热量过大。
 
“有些车胎已经开始冒气,情况十分紧急。”万米钻机项目办公室主任高科回忆说。
 
3456公里,6天。从四川广汉运抵达大庆后,所有参与运输的人员都松了一口气。
 
令人意想不到的是,一场突如其来的寒流,却让刚刚矗立起来的“地壳一号”又陷入危机。
 
“大型机械、精密仪器都是不抗冻的。”孙友宏说。当然这并不是毫无准备的,选择这个季节进行安装,也是希望借此契机测试“地壳一号”到底能否在严寒地区工作。接下来,孙友宏将带领团队为这个庞然大物加上保暖外层,预计来年开春开始调试工作。
 
自己的仪器
 
地点选定之后,接下来需要解决的难题就是如何让“地壳一号”成功穿透松辽盆地。对于万米钻机这样的庞然大物,地上和地下遭遇的困难都是前所未有的。
 
在研发过程中,“钻具”系统问题一度是科研团队遇到的最大障碍,这套系统包括钻杆、钻头、钻挺和孔内其他机具。
 
传统的钢钻杆自重很大,上万米的钢钻更是重达几百吨,而钢材料的抗拉能力不足以支撑万米钻杆的自重。研发团队在考察俄罗斯铝合金钻杆技术的基础上,自主研发了一次性变截面钻杆加工工艺,解决了钻杆在孔底高温环境下保持足够强度、刚度和耐磨性的问题。
 
相比地上设备来说,地下的问题则显得更加艰巨。
 
松辽盆地地温梯度较高。通常来说,每下探100米,温度升高3℃。但是,大庆油田下的温度更高,几乎达到每下探100米就增加4℃。因此,下探到6600米的井底温度就可能会达到270℃。
 
当时,前苏联打下12千米深的钻孔时,所选地址的地下温度比较适宜。即便到达地下12千米,温度也不超过300℃。显然在这一点上,大庆地质条件更加复杂。
 
这种高温状况,对填充泥浆和钻头的耐高温性能提出了极高的要求。SinoProbe第九项目组完美地诠释了“危机也是机遇”这句话,积极研发出了符合耐高温要求的泥浆和钻头。
 
自动化设备是保证“地壳一号”顺利运行的另一利器。为了保证所获取岩芯的完整性,每掘进3~9米,就要提起钻具取出岩芯。如果深度达到1万米,那么,提拉一次钻具就需要48个小时。显然,利用人力是不可取的。大功率的自动化系统便是应用在此处。“德国的深部探测就是以自动化设备取胜。”孙友宏介绍道。
 
属于中国自己的自动化设备,是 “地壳一号”研发团队历时两年研发出来的。包括全液压顶驱装置、全自动化摆排管装置和高精度自动送钻装置,它们并称“地壳一号”的三大创新点。
 
现在和未来
 
现在,万米钻机项目副总设计师王清岩带领科研团队,依然留守四川宏华集团,负责全套自动化设备的研制。预计2014年五六月份,自主研制的万米钻探自动动力系统将会运往松科2井,与“地壳一号”会师。
 
孙友宏告诉《科学新闻》,这套设备一旦成功应用,操作工人只要在操作室触动按钮和监测,就可以操控这套庞大的万米钻探设备。
 
明年,SinoProbe项目组的目光都会聚焦在大庆油田,这个庞然大物能否顺利完成深入地球内部提取样品的任务,决定着中国深部大陆科学钻探装备的“高度”。
 
如今,“地壳一号”万米钻探装备已经上报了30余项专利。在可预见的未来,这些自主研发的自动化专利技术对于石油钻井和海上钻井也能大显“神威”。专家们称这些智能化技术的钻机也被叫做“面向未来的钻机”。
 
大庆油田仅仅是一个开始。对于孙友宏来说,他在计划着把这个庞大的钻机带到南极,考验它在极端气候条件下的工作能力;而对于董树文来说,万米还远远不够,他希望有朝一日能打下一万五千米,听听那里的地心告诉我们怎样的故事。 (原标题《大庆下面还有“大庆”?万米下的“望远镜”》)
 
《科学新闻》 (科学新闻2013年第12期 封面)
 
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