鉆一口全世界最深的井，到底有多難？

半個多世紀(jì)前，“鐵人王進喜”因為鉆井而家喻戶曉。現(xiàn)在越來越多的人開上了私家車，也要感謝鉆井技術(shù)的進步。從你已接觸的知識來看，鉆井應(yīng)該是一件稀松平常的事啊。那么問題來了，如果想要一口世界上最深的井，是不是一直往下鉆就行啦？

300年，僅向地心鉆進0.2%

地球平均半徑6371千米，而當(dāng)今世界最深的鉆孔也就12262米。也就是說，人類花了大約300年，僅向地心鉆進了大約0.2%。如果把地球比作一個雞蛋的話，現(xiàn)在連雞蛋皮都沒鉆破！

這個12262米深的鉆孔還是前蘇聯(lián)的科拉超深井創(chuàng)造的記錄，迄今已20多年。多年過去，世界上鉆出垂直深度超過1萬2千米特深孔的國家依然只有前蘇聯(lián)。

當(dāng)然，很多國家都在努力。美國于1974年在俄克拉荷馬州鉆出一口深度9583米的井，名為羅杰斯1井，創(chuàng)造了當(dāng)時的世界紀(jì)錄。德國則實施了著名的“聯(lián)邦德國大陸深鉆計劃（KTB）”，先后鉆了一個4000多米和9101米深的科學(xué)探井。

跟這些領(lǐng)頭羊相比，中國在科學(xué)鉆探上只能算是后起之秀。進入新世紀(jì)后，我們陸續(xù)實施了“中國大陸科學(xué)鉆探工程（CCSD）”“汶川地震科學(xué)鉆”“松遼盆地科學(xué)鉆”等科學(xué)鉆探工程，積累了不少經(jīng)驗。

起步晚不等于發(fā)展慢。最近，科學(xué)家們又提出一個大膽的設(shè)想：根據(jù)地球科學(xué)探索和礦產(chǎn)資源探查的需求，在中國鉆若干口超過萬米，甚至打破前蘇聯(lián)科拉超深井紀(jì)錄的特深鉆孔。這將使我國的地球科學(xué)研究水平提升至國際先進水平。

為何要鉆一口世界上最深的井，值得探討。

正如人最不了解的是自己一樣，人類雖然世世代代生活在地球上，卻對它所知甚少。很多看似很簡單的地球科學(xué)問題，至今仍沒有確切答案。

比如，地震的原因是什么？地殼中有什么樣的流體？是什么力引發(fā)了造山運動？地殼中曾經(jīng)和正在進行什么樣的物理化學(xué)過程？

如果能夠打造若干條通往地球深部的通道，并在地層深處埋設(shè)長期觀測的儀器，建立起對地球內(nèi)部進行長期觀測的網(wǎng)絡(luò)，那么上述問題或許可以在一定程度上得到回答。

另一個原因，與地底下豐富的自然資源相關(guān)。

目前世界先進水平的礦產(chǎn)勘探開采深度已達2500米至4000米，而我國大多在500米以內(nèi)。科學(xué)家估計，如果我國的礦產(chǎn)勘查深度能從平均500米增至2000米，我國的金屬資源量可以翻一番。

事實證明，地球更深處埋藏著眾多“驚喜”，這也是為什么特深層油氣資源已經(jīng)成為全球勘探開發(fā)的熱點。截止2014年底，全世界6000米以上的超深層油氣藏104個，8000米以上的有28個，其中包括我國的塔里木油田。除了油氣，還有大量的地?zé)豳Y源等待我們?nèi)ラ_發(fā)利用。

好處不必多言。問題在于，鉆一口世界上最深的井談何容易？！

可以想象的是，需要利用強大的機器，鉆透一層又一層堅硬的巖石。在這個過程中，會遭遇一大堆世界級難題，比如地球的“三高”問題。

第一“高”是高溫。

科學(xué)家預(yù)計，鉆到地球深處超萬米處，溫度將達到300攝氏度以上。這意味著，鉆探機器上所使用的孔底馬達、震擊器、軸承密封等材料得耐得住這樣的高溫才行。可惜現(xiàn)階段很多材料的耐高溫性能還沒這么厲害。

第二“高”是高壓。

如果鉆孔深度達到一萬多米，預(yù)計井內(nèi)泥漿壓力將達到175MPa以上，地層壓力將達到400MPa。而現(xiàn)有很多測量儀器所能耐受的壓力為140MPa到170MPa之間。更要命的是，在高溫、高壓之下，巖石的物理力學(xué)性質(zhì)會發(fā)生改變，容易破碎。一旦井壁巖石出現(xiàn)破碎，又會嚴(yán)重阻礙鉆井施工的順利進行。

第三“高”，是高地應(yīng)力。

所謂地應(yīng)力，是地殼內(nèi)巖石在受到外力而變形時，各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力。高地應(yīng)力非常容易造成井壁垮塌、卡鉆等井下事故。前蘇聯(lián)的科拉超深井和德國的KTB井，在6000米至7000米以下井段施工時，就曾因為高地應(yīng)力頻頻發(fā)生事故，從而浪費了大量的時間和經(jīng)費。

這只是最主要的幾個障礙而已。要鉆這樣深的一口井，用什么鉆、怎么鉆、鉆多長時間都是問題。說白了，就連如何避免把井鉆斜了都讓科學(xué)家頭疼。

想必你已發(fā)現(xiàn)，鉆全世界最深的井，絕不是鬧著玩的事。

這是一項龐大的系統(tǒng)工程。據(jù)測算，鉆一口這樣的井就需要花10年甚至20年時間，大約需要20億人民幣。要想把這筆巨資花得響，必須得有十足的把握才能動工。為此，科學(xué)家們提出了不少施工策略。

就拿對付地球的高溫來說吧。對于地球萬米深處300攝氏度高溫，首先挑戰(zhàn)的是鉆具上的橡膠、尼龍等有機材料，比如鉆具的密封件。此外還有鉆具上使用的電子元器件，目前大多數(shù)元器件能耐受的最高溫度在200度以內(nèi)。

對此，最簡單直接的辦法就是研究出更難高溫的橡膠、聚氨酯和電子元器件。如果這些材料仍然達不到要求，可以嘗試用耐高溫的金屬材料來替代它們，畢竟300攝氏度對于很多金屬而言不成問題。

還有一個反其道而行之的辦法是給鉆具降溫。比如泥漿可以提取到地面進行冷卻，那么可以通過泥漿的循環(huán)來帶走鉆具內(nèi)的熱量。還有一個設(shè)想是采用專門的制冷設(shè)備，像空調(diào)一樣給鉆具降溫。遺憾的是，可以在高溫高壓環(huán)境下使用的制冷機目前還沒有誕生。

為了防止井壁坍塌，科學(xué)家提出，可以加大泥漿的密度，盡量縮小最大地應(yīng)力與最小地應(yīng)力之間的差距。還可以采用多層套管或者膨脹套管來阻隔地層的崩塌。但這些技術(shù)都有其不足之處，也許還需要發(fā)散思維，想出更好的解決辦法。

所以，表面上看是打一口井，實際上卻是在考驗一個國家的經(jīng)濟實力、基礎(chǔ)工業(yè)實力和整個科技的發(fā)展水平。為了應(yīng)對一連串世界性難題，很多時候需要對現(xiàn)有技術(shù)進行跨越式升級甚至顛覆。

正如一位科學(xué)家所言，要想完成世界第一的特深鉆孔，必須拿出世界第一的鉆探技術(shù)才行！

（轉(zhuǎn)自 轉(zhuǎn)自科技日報，本文主要依據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局原副局長王達、吉林大學(xué)副校長孫友宏、中國科學(xué)院院士高銳等在香山科學(xué)會議上的發(fā)言采寫）

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