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“松科二井”,我国地层对比的“金柱子”

  • 发布时间:2019-03-26 文章来源:澳门威尼斯人投注注册 阅读次数:5411
  •   在中国的东北部,肥沃的黑土地一望无垠,一片广袤的平原——松辽盆地静卧在大小兴安岭和长白山脉的怀抱中,一座钻塔巍峨矗立,高耸入云。

    伴随着机器的轰鸣声,这座由亚洲国家组织实施的最深大陆科学钻井,攻克了长程取心、大口径取心和超高温钻井等重大技术难题,创造了深部钻探技术的四项世界纪录并取得两项重大突破,正一米一米地向地球深部进军,钻向地下6400米的白垩纪地层,获取白垩纪地层岩心,是“松科二井”的使命。

        地球是一个极不均匀和复杂的球体,要想在它“身上”钻眼“挖石探秘”并非易事,对于已经完成钻井深度达7018米的超深井——“松科二井”来说,既要保证所钻井眼不能坍塌和崩裂,又要保证取出的深部岩心完好无缺,这是一件难度非常大的事情。 面对如此多的工程难点,“松科二井”的超深孔钻探技术和配套的钻探机具都面临着严峻的考验。

      独辟蹊径,攻克技术难点  作为我国首例超7000米深的科学钻探工程,“松科二井”面临的重大挑战是在大直径井眼中高效钻进,如何创新超深井钻探技术显得尤为重要。

      “松科二井”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,并一次性钻进至设计井眼直径,攻克了大直径取心钻头破碎岩石和粗大岩心抓取、携带出井等关键技术难关。 如此一来,既省去了传统的“小径取心,大径扩孔”过程中的诸多工序,避免了“从小井眼到大井眼”钻进过程中的很多风险,也节约了大量物资,与此同时,获取的岩心样品实物量也比设计量多了5倍。     超大直径岩心  如何在取心技术上创新才能实现事半功倍的效果?科学家们在通过多次试验和技术攻关后,最终在长钻程技术上实现了突破,把“松科二井”每次可连续的钻进深度从10米、20米扩展到30米,并在Φ311mm(φ表示圆柱材料器材的直径)井段一次取心钻进深度超过30米,创造了该领域的世界纪录,随后又在Φ216mm井段一次连续取心的钻进深度达到米,再次刷新了世界纪录。 创新地应用长钻程技术,不仅减小了工人的劳动强度,压缩了钻井施工周期,而且极大地节约了综合成本,更为以后的超深井工程开辟了新技术支撑。

      同时,为了保证大直径岩心出井后能够被完整地从岩心筒中取出,“松科二井”的科研团队利用“水力出岩心技术”与工程现场的液压拆装台架辅助的“机械出心技术”相结合,保证了累计4000余米岩心样品能够完整、原状出筒,为地学研究提供了一套优质丰富的岩心实物资料。   创新“泥浆”配方,在高温中继续“凶猛”  “松科二井”完钻井深为7018米,在超深井向下连续钻进过程中,既要保证上部井眼完好且不坍塌,还要让钻头“咬碎”的岩渣从井底顺利排出,还要保证高速转动的钻头不会因为发热而提前报废,这些都得依靠“泥浆”即钻井液来实现,它就像人的血液一样,在钻眼过程中从地面到井眼最底部不停的循环、净化,传递水动力、冷却并润滑钻具,携带和悬浮岩屑,维护井眼周围井壁的稳定。

        在钻进的过程中,钻井越深,温度越高,钻井液的技术难度越大。

    “松科二井”每往下钻进100米,地下温度会升高3——4℃,钻到孔底的时候温度已超过240℃,通过反复的研究和实验,科学家们研发出的新型钻井液配方,经受住了井底240℃以上温度的考验,刷新了我国钻井液应用的最高温度记录。

        探寻干热岩,接受来自“母亲”的温暖  在“松科二井”钻探的过程中,证实了松辽盆地深部凹陷带沙河子组和火石岭组(3350米以深)地层中存在有利的页岩气层系,完整地揭示了深部页岩气资源的潜力在地层4400——7018米的深度地层范围内,并发现了150℃——241℃高温干热岩体和两层高放射性异常岩层,热流值为84毫瓦/平方米,这一发现展示了松辽盆地良好的地热开发应用潜力。

        目前,对干热岩的开发利用主要是发电,利用干热岩发电技术可大幅降低温室效应和酸雨对环境的影响,且不受季节与气候制约。 据科学家们的保守估计,地壳中的干热岩(通常指3——10km深处)所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍,若能开采出2%,其能量就相当于我国2010年全国一次性能耗总量(亿吨标煤)的5300倍。 来自“松科二井”的发现,印证了我国干热岩地热资源的开发利用前景。   “松科二井”项目的推进,建立起了我国地层对比的“金柱子”,创建了完整的松辽盆地陆相地层标准剖面,为发展我国区域性和全球地层对比研究提供了重要的陆相“标尺”;同时,“松科二井”建立了松辽盆地演化新模式,揭示了松辽盆地深部地质构造特征,发现了古大洋板块俯冲、聚合的深部证据,构建了盆地早期基底双向汇聚、后期伸展反转的陆地盆地演化新机制,为松辽盆地成因再认识及深层油气勘探提供了理论指导。

      从挖井探秘到万米科钻,人们对地球内部的好奇心有增无减,为了揭开地球内部的神秘面纱,探索地心深处的万千奥秘,科学钻探的道路任重道远。

    但随着更多万米、超万米科学钻探等项目的深入推进,距离打开探索地球深部的通道会更加无阻,到那时,我们会更贴近地倾听地球母亲的“心跳”。

      内容提供:中国地质调查局科普办公室(中国地质调查局地学文献中心)。