钻探|上天容易入地难！7018米深井现场总指挥讲述真实版“地心游记”( 三 ) 深部|地球|岩心|金昌

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“松科二井”于2014年4月开钻，整整钻探了4年的时间，经过艰难攻关，该工程攻克了超高温钻探和大口径取心等关键技术难题，获取了415万组24TB的深部实验数据，创造了4项世界纪录，标志着我国钻探装备研发水平成功跻身国际第一梯队，在“向地球深部进军”的道路上又迈出了坚实的一步。
深部大陆科学钻探工程并不仅仅是在地球上打个较深的洞而已，其涉及地学、力学、机械、仪电、材料、物理、化学等多个学科和领域，深部大陆科学钻探装备水平也反映出一个国家的科技发达程度。
三大难题：高温、高压、高地应力张金昌告诉采访人员，给地球深部打洞，主要依赖于钻头和中空的钻杆进行。其中钻头是能够“冲锋陷阵”的“地下先锋” ，由高强度的昂贵人造金刚石构成，而钻杆都有螺纹接头，一根一根相接，就可以不断钻入地球的深部。
进行地球深部钻探时会遇到一系列的难题和挑战。如何保障钻头在持续超高温下不“罢工” ，就是科学家们面临的重要问题，因为钻头在钻探时需要降温，钻井越深，温度越高。
科学家预计，钻到地球深处超万米处，温度将达到300摄氏度以上。这意味着，钻探机器上所使用的孔底马达、震击器、轴承密封等材料得耐得住这样的高温才行。可现阶段很多材料的耐高温性能还没这么厉害。
因此实施钻探时，深度越大用于降温用的循环钻井液面临的挑战就越大，此外还必须通过井下温度传感器实施精确监控。否则，钻头被烧坏，损失就大了。在钻探松科二井时，每往下钻进100米，地下温度会升高3℃至4℃ ，等钻到孔底的时候温度已超过240℃ 。
通过反复研究和实验，张金昌团队研发出新型水基钻井液配方，经受住了井底高温的考验，这刷新了我国钻井液应用的最高温度纪录。
给地球深部钻探降温，现在一些科学家也在设想采用专门的制冷设备，像空调一样给钻具降温。遗憾的是，可以在高温高压环境下使用的制冷机目前还没有诞生。
高压也是深部钻探的一大挑战。如果钻孔深度达到一万多米，预计井内泥浆压力将达到175Mpa以上，地层压力将达到400Mpa 。而现有很多测量仪器所能耐受的压力为140Mpa到170Mpa之间。这也是现阶段我国深部钻探还没有突破1万米大关的重要原因。
更麻烦的是，在高温、高压之下，岩石的物理力学性质会发生改变，容易破碎。一旦井壁岩石出现破碎，又会严重阻碍钻井施工的顺利进行。
高地应力是深部钻探不能忽视的另一重威胁。所谓地应力，是地壳内岩石在受到外力而变形时，各部分之间产生相互作用的内力。高地应力非常容易造成井壁垮塌、卡钻等井下事故。张金昌透露，为了顺利推进钻探的进行，松科二井就实施了很多技术革新。比如采用国内首创的大直径同径取心钻探工具，使用钻探工具直接钻进一个大井眼，可以一次性钻进至设计的井眼直径。

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损失1厘米岩心相当于损失1万年纪录“钻地”成功后科学家们又面临“取心”的挑战。在一个极不均匀和复杂的球体上“动刀” ，在保证钻的井眼不能坍塌和崩裂的同时，还要完整无缺地取出深部岩心，难度极大。