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想要在地球上鑽個洞有多難?世界紀錄才12262米,最後262米足足鑽了十年!

hello大家好我是風雲哥,五月末我國科研圈裡爆出個大新聞,首台萬米大陸科學鑽探專用裝備「地殼一號」萬米鑽機在中國東北部黑龍江松遼盆地的黑土地上鑽出一個7018米的洞,很多小夥伴好奇鑽個7公里的洞能有多大的意義。風雲哥要說的是它對科研探索的意義十分巨大,尤其對岩心研究和資源開採提供了指導作用。

一直以來,對未知領域的不斷探索是科學的第一驅動力,想知道地球內部的構造和地下到底有啥,最直接的辦法就是鑽個洞下去看看,鑽井的原理大家眾所周知,鑽個幾十米的深水井容易,但是想搞出個6000米以上的超深鑽探井還是相當的難的,這不僅需要大量的人力,還需要龐大的鑽探設備的支持。

世界上最深鑽井記錄的保持者是位於挪威臨近的科拉半島上由蘇聯人創造的科拉超深鑽孔,深度達到了驚人的12262米,上部直徑92cm,下部直徑21.5cm,很多小夥伴要說了,位於卡達的阿肖辛油井(12289米)和俄羅斯庫頁島上的11號油井(12345米)深度都超過了科拉深鑽,為什麼他們不能排名紀錄保持者呢?

鑽井其中的最重要的一項應用莫過於石油開採的需要了,石油開採過程中的鑽孔並不是垂直於地下,向著地心下挖,而是傾斜或者在打到一定深度之後傾斜鑽頭,雖然鑽孔比較深,但是垂直深度並沒有超過一開始就設定為科學垂直鑽探的科拉深鑽。

科拉超深鑽孔的鑽探過程也不是一帆風順的,從1970年開始實行計划到1994年因資金短缺停止鑽探的24個年頭裡,前7000米還是相對比較容易做到的,畢竟蘇聯作為工業強國,鑽探技術的底子還是不錯的。接下來的5000米就遇上超深鑽探技術的三大困難,高溫、壓力和固井困難的問題。好不容易攻克了12000米的極限,卻發現繼續向下鑽的代價卻是巨大的,因為最後的262米,足足鑽了十個年頭。

這裡有一個有趣的問題,所有官方數據顯示鑽井深度12262米,井蓋上卻是12226米,會不會是老毛子寫字的時候多喝了兩口伏特加。風雲哥也沒查到正確的解釋,感覺應該是標識的地方到底部的深度吧,小夥伴們知不知道什麼原因。

我們都知道越靠近地球內部,地下溫度會越高,而且呈現每向下鑽探100米,溫度升高3℃的規律,地下7千米的地方溫度就高達210℃,此時的牙輪鑽頭的冷卻問題就變的十分嚴峻了,除了採用耐高溫的超級合金之外,鑽井液也能起到一定的作用。

有了耐用的鑽頭,還要匹配又輕又結實的鑽桿才繼續深鑽,雖然鋼製鑽桿堅固,但是通過螺栓連接起來一旦超過10000米,就會變得和麵條一樣柔軟,而且還有好幾百噸的自重,這在工程和材料學上又是阻礙超深鑽探發展的原因。

深度繼續不斷下降,地殼對於鑽孔的壓力就變得十分巨大,如果沒有十分可靠的固井措施,鑽桿一旦離開鑽井更換牙輪,剛剛鑽好的探井就會塌方,而且地下的情況往往無法預測,時刻面臨著壓力的不均衡,為了防止井壁鬆軟和地層坍塌,在下鑽的同時必須下入套管和封井器來起到固定作用。

當鑽探深度達到9500米時,鑽頭鑽進了一個含有黃金和鑽石的地層。取出的岩芯經分析表明,金含量居然高達80克/噸。要知道金含量達到4克/噸的金礦層就具有商業開採價值,地球表層中很少能找到金含量超過10克/噸的礦層,相比之下這裡幾乎是金子的寶藏。但是以目前的技術手段來說,想要開採它們那幾乎是不可能的。

相比於蘇聯的「不慫就是干」的暴力美學,美國人的想法聽起來就要好多了,他們在海底進行鑽探工作,因為,地殼並不是平均分布在地球表面上的,比如地殼在陸地上平均厚度為40公里,到了海底就變成了5~10公里,如果美國人能在海底能打出科拉深鑽,那就算是把地殼打穿了。

想要在海上進行鑽探活動必須要具有兩個條件,第一是要把鑽井及其附屬設備支托在海面上,第二是要在鑽機和海底口之間形成一個引入鑽頭和導出沖洗液的孔道,有了這兩個條件之後,就可以像陸地鑽井那樣工作了。可惜的是美國的「莫霍面鑽探計劃」由於實施該計劃技術難度大且費用高昂,1966年8月美國國會撤銷此項計劃。

目前為止,依然把鑽井及其附屬設備支托在海面上的叫做「海上鑽井裝置」,安裝鑽井及附屬設備,並提供工作場地的上部結構叫「平台」平台有兩層或者更多的支撐面,像船艙那樣的結構。一般有五種形式,分別是固定式、整體升降式、樁腳上升式、半潛式和船式。除了固定式以外,其餘的四種結構都可以在牽引作用下到其他地方鑽探。

不論哪種方式,人類向地心探索,是繼宇宙探索外的另一項偉大成就,雖然記錄不過12公里,這與地球平均半徑6371公里相比,僅是薄薄的一層。但就是這薄薄得一層里,記錄著早期地球歷史、氣候與生物圈的範圍、隕石衝擊與群集滅絕、礦床成因、火山系統、盆地演化與油氣成因、地震機制。對其深入研究對人類發展的意義是不言而喻的。


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