创造国际大陆科学钻探计划实施22年以来最深的深度

松科二井,“入地”七千米(关注)

人民日报记者 常 钦

2018年06月29日07:44  来源:人民网-人民日报
 
原标题:松科二井,“入地”七千米(关注)

科研人员在查看刚取出来的岩心。王稳石摄

黑龙江安达市,一片开阔的黑土地上,一座钻塔巍峨矗立,高耸入云。在这里,松科二井创造了井深7018米的成绩。

2014年4月13日开钻,2018年3月18日完钻、5月26日完井,历时4年多,松科二井最终井深为7018米,获取了415万组24T(1T相当于1000G)的深部实验数据,超额完成目标,实现了理论、技术、工程、装备的重大突破,形成具有自主知识产权的科学钻探技术和方法体系,提升了我国地球深部探测的能力和影响力。

岩心是认识地球最有价值的资料,比黄金还珍贵

“上天难入地更难”。人类航天探测器在太空留下足迹,深海潜水器突破洋底极限深度,然而,相比“上天下海”,由于地壳岩石重重阻隔,人类对地下世界知之甚少。

大陆科学钻探不同于普通石油钻探,取出完整的岩心是最关键的环节。松科二井不仅要打到预定深度,为了实现地层研究厘米级的要求,还必须实现95%以上的岩石取心率(取出来的岩心长度与钻井深度的比值),这在世界上都是没有先例的。

“读取的数据越清晰精准,越有科学研究价值和指导意义。我们从一开始就围绕取心率95%这一高要求开展技术攻关。”中国地质调查局副局长李金发说。

钻探面临一系列世界级难题:在地球的高温、高压、高地应力“三高”条件下,要确保钻具的配件和电子元件能正常工作;同时,要尽可能避免井壁岩石破碎造成井壁垮塌、卡钻等井下事故。

“表面上看是打一口井,实际考验的是国家的经济和基础工业实力以及科技创新能力。”李金发说。

“钻井是一项高难度、高技术含量、高经验依赖性的工程。”松科二井工程指挥部钻井工程室主任王稳石说,如果将地球比喻成鸡蛋,目前人类探寻地球深部的探测,连鸡蛋壳都没有穿透。“由于地层不稳定,往下钻时刻都有可能发生意外情况。”王稳石说,在现场的每一天都高度紧张,每向下一厘米大家都会感到莫大的快乐。“有时候一厘米一厘米往下,进尺慢的时候,一个小时不到50厘米。”

“高于96%的取心率,获得了连续完整的4014米岩心。”在松科二井成果汇报会上,这组数据被地质专家们津津乐道。

“岩心是认识地球,尤其是探究地球内部情况最有价值的资料,比黄金还珍贵!”王稳石说,岩心作为地下岩石的剖面截取物,是人类了解地球深部唯一的实物资料。取出岩心后,地学家们通过技术手段进行分析研究,可以用来了解地球的成因、研究古环境古气候的变化规律、研究地质构造运动、发现矿产资源和油气资源等。

“这些宝贝很娇气,很容易碎裂,要精心照顾”。这批珍贵的岩心目前已移送到中国地质调查局实物资料中心。记者看到,岩心呈圆柱形,按照要求,无论大小,每间隔10厘米或20厘米要贴上唯一的“身份证”编码,包括钻孔名称、回次号、岩心段等编号,这些数据伴随着岩心一起存入位于实物资料中心的国家实物地质资料库。

人们习惯了钻塔轰鸣声和钻杆起落撞击声,一停下来反而容易醒来

“投身于松科二井钻探现场,如同进入一个大家庭。”勘探技术研究所技术骨干闫家,这个刚刚大学毕业就参与到松科二井工程的年轻工程师,参与了5种规格涡轮钻具的研制,已经成长为松科二井工程核心团队的一员。

闫家回忆,松科二井开钻以来,只要钻机未停工,总工程师朱永宜就会在松科二井现场指挥部。“朱总已经63岁了,每天将近18个小时坐在指挥部,有他在,我们就有了主心骨。”

野外作业需要高强度连续工作,没有固定的作息,只要钻机在运转,时时要绷紧神经。“钻进中每个阶段结束之前是不能随意暂停的,中断后井内可能出现垮塌、卡钻等风险。”勘探技术研究所工程技术人员曹龙龙每次去井场都需要连续工作两三个月。他主要负责取心钻具的研究与改进等工作。

“松科二井不少人都要先过‘声音关’。”曹龙龙说,在现场,钻塔的轰鸣声和钻杆起落的撞击声此起彼伏。人们都逐渐习惯了,晚上也能睡得安稳。但也落下了毛病,只要这声音一停下来,大家就会忐忑不安,容易醒来。有时候,曹龙龙清理堵塞的岩心管,长达几个小时的大锤震击之后,耳朵里咣咣的回声会持续大半天。

“松科二井的成功,缘于它是一次有着明确部署和指导,依靠科技管理体制机制创新,科技、工程、服务人员拧成一股绳、通力合作的大会战。”中国地质调查局勘探技术所所长、工程总指挥张金昌说。

作为工程首席科学家,中科院院士王成善带领中国地质大学(北京)、吉林大学等研究团队,针对未来地球气候系统对大气二氧化碳浓度增高如何响应等重大科学问题,成功申报国际大陆科学钻探计划“松辽盆地大陆科学钻探”项目。通过系统调查研究,围绕工程项目目标,最终为松科二井孔位科学选址。

中国地质调查局以下属勘探技术所、中国地质科学院地球深部探测中心为主体,联合中国地质大学(北京)、吉林大学、大庆油田等多家单位,集结地质行业600余名科技人员,团结协作,共同破解了工程施工、技术研发和理论研究中遇到的难题,实现了科学目标和工程技术目标。

计划在松科二井基地建立长期地下观测站和深部地下实验室

“对松科二井现有成果进行全面、系统、深入、充分的总结和提升,加快成果的转化应用,是公益性地质调查的重要使命,也是松科二井转入后续科研阶段的重要方向。”李金发说。

当前,由中国地质大学(北京)负责的松科二井白垩纪古环境古气候研究,以及由中国地质调查局负责的深部基础地质和资源能源等研究相继展开。

“这相当于给地球演化建了一个档案,有了它才能去揭秘当时的气候变化和环境变化。”王成善说,松辽盆地是研究白垩纪温室气候和未来全球气候变暖的天然实验室,目前,松科二井岩心已经全部采集完毕,进入后期的数据分析阶段。

王成善介绍,7018米是国际大陆科学钻探计划实施22年以来最深的深度,代表了中国“入地”的能力;以高于96%的岩心采取率获得了连续完整的6500米岩心,成为大陆和大洋科学钻探计划最长岩心纪录,代表了中国钻探工程的技术;以厘米级精度,研究时间跨度超过6000万年的白垩纪陆地温室气候变化,代表了中国古气候研究的水平。

李金发说,下一步将深化地球深部探测理论技术研究和成果转化,组织实施松辽盆地页岩油(气)、深层油气等清洁低碳能源地质科技攻坚战,带动大庆油田接替资源的勘查开发;谋划我国15000米国产超深钻探装备系列研发,做好我国超万米大陆科学钻探工程,以及大型含油气盆地科学钻探工程的选址和实施工作。

王稳石认为,松科二井取出岩心,只是研究的开始。地质学家们将对岩心展开系统的研究,一定会有大量新的地质信息、证据被不断发现,对认识地球自身会大有帮助。

“深部钻探是21世纪最前沿的科技领域之一,接下来中国地质调查局计划在松科二井基地建立长期地下观测站和深部地下实验室,要进一步对地球深部能源资源开展深入调查,还要在地球系统科学理论的发展和地球深部探测技术的总结提高方面发挥作用,为我国15000米国产超深钻探装备系列研发和超万米大陆科学钻探工程钻探研究提供依据。”李金发说。

“经过松科二井的历练,我们很多人从初出茅庐成长为可以独当一面的工程技术和管理人员,有了一定知识储备和经验积累。”曹龙龙说,松科二井的成功将为我国实施万米级科学超深井奠定技术基础,钻探工程团队也将在此基础上继续深入开展超深、超高温、超高压钻探技术的研究,在后续万米超深井科学钻探中走得更远。

(责编:赵怡、张喜艳)

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