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我國自主研發(fā)的首臺萬米科學超深井地表鉆機“地殼一號”
2024/08/05 09:31 來源：人民日報 閱讀：1.4萬
塔克拉瑪干沙漠腹地，“地殼一號”鉆聲轟鳴,，一口8795米深的油氣鉆井即將順利完成,。
“8000米以上的井不好打?！奔执髮W建設工程學院教師范悅帥望著眼前的鉆機,，給出了解釋：“一般的石油鉆機，鉆探一口五六千米深的石油井,，至少需要大半年才能完成,，但在‘地殼一號’這里，這口井95天就能完成,?！?/span>
從過去鉆探深度五六千米,，到如今的8000米以上；
從過去鉆井時間至少大半年,，到現在的3個月左右,；
從過去的望塵莫及，到刷新亞洲國家實施的大陸科學鉆井新紀錄,；
…………
“地殼一號”,，這臺高60米、占地超1萬平方米,、鉆深能力達1萬米的自主研發(fā)科學超深井地表鉆機,，是如何誕生的？記者進行了探訪,。
一次次迎難而上——
攻克難關,，填補科研領域空白
2014年4月13日零點，“地殼一號”在黑龍江大慶的安達“松科2井”現場開鉆,。
2015年冬季,，“松科2井”鉆井現場，“地殼一號”副總設計師,、吉林大學建設工程學院教授王清巖,，正和幾位科研骨干站在“地殼一號”下，邊焦急地踱步,，邊斜向上看著鉆機二層臺的井架和還未安裝到位的自動排管機,。
原本一兩個小時就可以安裝到位的任務，由于井架工人對設備的熟悉程度不夠,，已經在寒冷的高空折騰了3個多小時,。眼看就要天黑了，怎么辦,？王清巖不顧勸阻,，親自上場，通過吊籠從二層臺下部登上安裝點位,。
“吊車將王教授送上40米高空,，相當于十幾層樓。天寒地凍,，狂風呼嘯。吊籠搖搖晃晃,，我們也冷汗直冒,。”全程參與“地殼一號”萬米鉆機研發(fā)的吉林大學建設工程學院石油工程系主任高科教授說,。
趕在太陽落山之際,，排管機接口終于對接完成,。“安全到達地面后,，王教授坦言：咋不害怕,，自己本就有些恐高，雙腿都發(fā)軟,。但為了快速解決問題,，必須親自上去?！备呖苹貞?。
類似的故事不勝枚舉。項目啟動之初,，為盡快拿出設計方案,，“地殼一號”總設計師孫友宏教授經常與眾人討論至深夜。2013年,，在生產企業(yè)四川宏華石油設備有限公司,，為加快研發(fā)進度，研究人員蹬著三輪車,，載著“地殼一號”部件,，在間隔三四公里的生產、質檢,、調試廠區(qū)往返,。2013年10月，50余輛大型拖掛卡車裝載著被分拆成零件的“地殼一號”,，將其從“誕生地”四川廣漢運往黑龍江大慶“松科2井”所在地,，全程3456.7公里，孫友宏跟隨車隊,，全程指揮運輸……
自主研發(fā)的關鍵技術及裝備成為“地殼一號”萬米鉆機的核心,。研發(fā)團隊攻克了深部鉆探鉆頭壓力控制精度低、深部鉆探裝備轉盤回轉速度低,、設備自動化程度低等三大技術難題,，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等多項關鍵技術,。
驗收評定時，專家組對“地殼一號”萬米鉆機給出高度評價：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,。
6月23日晚上,，吉林大學建設工程學院泰來街實踐教學基地，燈火通明,。
數米長的鉆機實物樣機正在工作,，不同于傳統(tǒng)鉆機的單鉆頭鉆進，它具有異向回轉的雙鉆頭,，可實現扭矩動態(tài)自平衡,。高科和同事帶著學生記錄數據。
“這是我們獨創(chuàng)的仿生自平衡鉆具,，這種鉆進技術不依賴鉆機和鉆桿就能順利進行鉆進,，能夠保證鉆井質量并減少能量損失，尤其是在深部鉆探中效果更加明顯,?！备呖平榻B。目前,，該項研究已獲40余項發(fā)明專利授權和5件軟件著作權,。
一個個科研突破——
自主創(chuàng)新，探求地球深部奧秘
“上天,、入地,、下海、登極”承載著人類探索自然的偉大壯舉,。
由于地球深部高溫,、高壓和高地應力等極端條件的制約，人類對自身站立的星球“內核”知之甚少,。
從地表往深處挖掘,，地球演變的歷史就記錄在層層疊疊的巖石之中。打一口科學鉆探井,，獲取一段段圓柱形的巖心,，如同為神秘的地球深部做一次“微創(chuàng)切片”。
科學鉆探是獲取地球深部實物信息的唯一手段,，取得連續(xù)完整的巖心,，是“地殼一號”重要的科研使命之一。
為滿足地球深部探測工程的重大需求,，中國地質調查局啟動了“深部探測技術與實驗研究專項”,，其中一個項目便是“深部探測關鍵儀器裝備研制與實驗”，由“時代楷?！?、吉林大學已故教授,、博士生導師黃大年擔任負責人。項目中的課題之一,，就是研制“地殼一號”萬米科學鉆機。
2018年,，在“松科2井”現場,，“地殼一號”鉆至地殼7018米深處，成功取出總長度4014米的連續(xù)完整巖心,。至此,，我國重大鉆探裝備研發(fā)支撐創(chuàng)造了亞洲國家實施的大陸科學鉆井新紀錄，成為世界上第三個掌握地下萬米科學超深井鉆探能力的國家,。
高科對此記憶猶新：“不同深度巖層的顏色和成分各不相同,，黃色的砂巖、黑色的泥巖……它們記載著地球內部的變化和演化過程,?！?/span>
經過地質科學家們對巖心的礦物成分、沉積構造,、同位素測量等分析和研究,，還原了白堊紀氣候和生物生存場景，直接證明當前對物種大滅絕各種假說的正確性,。
除陸地氣候研究外,，透過“地殼一號”，學者們還看到了科學與工業(yè)結合的途徑,?！八煽?井”地處松遼盆地，是我國最主要的含油氣盆地之一,。鉆探過程中,，科研人員發(fā)現松遼盆地下厚達102米的頁巖氣層，其中甲烷的平均含量達86%,。而在井深4400到7018米處,，則發(fā)現了具備開發(fā)條件的盆地型干熱巖地層，可提供穩(wěn)定且清潔的地熱能,。
一口口鉆井投產——
產研結合,，助力產業(yè)發(fā)展
7月4日，在塔克拉瑪干沙漠腹地,，“地殼一號”正在忙碌,。“本次鉆探‘地殼一號’用時95天,，單日最高鉆井深度達1.6公里,，對節(jié)本增效幫助很大,。”剛從鉆探現場回來的范悅帥說,。
為加快推進我國油氣資源勘探開發(fā)戰(zhàn)略,，“地殼一號”萬米鉆機在圓滿完成“松科2井”任務后，于2019年5月奔赴新疆塔里木盆地開始執(zhí)行超深層油氣鉆井工程任務,。截至目前,，“地殼一號”萬米鉆機已完成6口井深超8000米和1口井深超9000米的油氣鉆井工程。
“7口井,，每口都打出了油氣,。”高科語氣自豪,，“在新疆的5年時間,，‘地殼一號’表現優(yōu)異，沒有出現任何大的技術問題,。預計明年,，‘地殼一號’將回到‘誕生地’，進行一次全方位保養(yǎng)檢修,?！?/span>
高科口中的“誕生地”，正是四川宏華石油設備有限公司,。
2023年8月,，四川宏華石油設備有限公司召開發(fā)布會，推出智能鉆機1.0樣機,。這是公司在“地殼一號”研發(fā)基礎上,，結合市場需求，推出的智能化商用石油鉆探設備,。智能鉆機1.0能夠在提鉆,、排管機、頂驅等石油鉆探關鍵環(huán)節(jié),，實現一鍵聯(lián)動,，提高生產效率?！案咝Ｔ瓌?chuàng)能力強,，企業(yè)研發(fā)力量大。校企合作,，能很好地補齊短板,，在推動科技發(fā)展的同時，帶動裝備制造業(yè)的發(fā)展,?！彼拇ê耆A石油設備有限公司總經理呂蘭說,。
“地殼一號”鉆機相關技術成果還應用于“極光”號極地鉆機，該設備成為我國制造的首臺可以在零下55攝氏度環(huán)境作業(yè)的極地鉆機,?！皹O光”號負責執(zhí)行俄羅斯北極圈亞馬爾高寒地區(qū)油氣勘探作業(yè)，這是中俄能源合作的重大項目,，也是中國提出“一帶一路”倡議后實施的首個海外特大型項目,。（記者 劉以晴）