科钻一井将内窥镜深入地下5000米.docVIP

科钻一井：将内窥镜深入地下5000米 /htmlnews/200811782723404199547.html 2008-1-17 ? 科钻一井工程的成功，是我国钻探技术发展的里程碑。 ? 历时３年多、耗资近２亿元完成的中国大陆科学钻探工程日前通过国家验收，留下了一个没有地面干扰的、直径157毫米、深5158米的深井，成为亚洲第一个地球物理综合性长期观测实验基地。尽管如何进行更深入的科学研究，充分发挥其潜在价值，是一个还没有完结的科学问题，但从大陆钻探的技术角度来说，这个被称为科钻一井的工程已经圆满地画上了句号。 ? 对工程所取得的技术进步，科钻一井工程总指挥、中国大陆钻探工程中心主任王达教授总结说：“尽管这不是世界上最早、最深的井，然而从硬岩取心的角度说，科钻一井达到了世界先进的技术水平，取心率之高是世界上极为罕见的。” ? 为科学目标啃一块硬骨头 ? 大陆钻探技术是目前获取地球深部实物资料的唯一技术手段，是研究地壳构造和演化最重要的技术方法，受到各国科学家的广泛关注。在这项技术发展起来之前，人类对于地球深部不能观察、触摸，对地层下面究竟是什么，大多只能推测，因而同样的材料可以导引出不同的结论。 ? 从1963年世界上第一个大陆钻探井开凿以来，人类探视地球内部的历史已有40多年，最深的一口井位于俄罗斯的科拉半岛，井深12262米。科学钻探因科学目标的差异，所要钻探的地层环境也千差万别。地层环境的差异，对钻探工程提出了不同的技术要求，其难度也各不相同。 ? 科钻一井的主要科学目标是重塑超高压变质带的形成与折返机制，揭示板块边部的深部物质组成及成矿与流体作用，因此要把钻探地址选在造山带。在这种地层打钻，所要应对的是硬度很高的结晶岩，可钻性多数为8～9级，少数岩石的可钻性达到10～11级。 ? 与一般地质钻探相比，科学钻探本身就因目标多而难度大，科钻一号面临的难题不仅是地层坚硬，还要在这样的地层环境上全孔取心。在硬地层对5000多米深井全孔取心，这不仅在我国没有先例，在世界上也属于高难度钻井工程。俄罗斯钻探的1.2万多米深井，由于取心难度极大，工程持续了20多年，成本难以计算。而德国钻探的9000多米深井，为了减少成本、缩短时间，其取心比率只有3%。 ? 岩石坚硬，钻头消耗大；全孔取心、取样，要求高；地层易斜，难以保直；井身结构复杂，大直径硬岩扩孔钻进难度高、套管下入难度大；井深，下部地层状况未知；施工周期长，风险因素大，施工费用高……面对这些难题，科钻一井无论是从国内还是国外，都很难找到可以借鉴的成熟先例。 ? 地下是一个风险未知领域 ? 上天入地是人类的梦想，而天上地下的种种未知因素，却为人类的追梦之旅平添了许多风险。应对未知因素是大陆钻探工程在确定方案时首先要考虑到的。科钻一井工程借鉴了德国KTB曾经使用的一种双孔方案。 ? 所谓双孔方案，是指在正式钻探前，先打出一个先导孔，这个先导孔直径较大，可以通过它来摸清地层状况，再进行主孔施工。德国KTB 9000多米的钻井，仅先导孔就钻进4000多米深。王达说，这种方法尽管安全，但成本太高。于是，工程指挥部借鉴了这个方案的成功之处，并考虑到它的不足，创造了一个“灵活”的双孔方案。由于对钻探所在地江苏东海县地下1000米内的情况早先就有一定的认识。于是，工程指挥部决定先打一个2000米的先导孔，再根据钻孔质量、地层情况决定是否另外开孔。最终由于有预先的计划，这个先导孔的质量很好，主孔施工就在它的基础上继续进行，方案的灵活性为工程大幅度地节约了时间和成本。 ? 在硬地层上打深井，不可能打得笔直，因此施工中要根据情况需要，纠正井身的倾斜度。王达说：“在硬地层中怎么纠斜，是这类深井的另一个关键技术问题。” ? 离设计的科钻一井距离仅300米处，有一个中国大陆科学钻探工程2号预先导孔，其深度为1028米，直径为75毫米。从该孔的施工情况看，井身倾斜非常严重，80米处井斜为4.4度，在纠斜两次后，继续钻至700米处井斜达到18度。施工过程中共发生35次断钻杆和脱扣事故。 ? 在施工过程中，科钻一井创造了一套硬岩纠斜的技术方法。其最为成功、也是最为惊险的一次纠斜实践，是在工程进行到3665米时。在这一井段，遇上了王达称之为“大肚子”的地层结构，这里的地层严重破碎，井身直径从157毫米，一下子增至近500毫米。套管扶正器钢板和扩孔钻头导向头落在井内，无法继续施工。王达说，这种故障已经属于事故范围了，由于井段地层严重破碎，事故处理变得更加困难。于是，指挥部被迫采用了侧钻绕障的手段，不仅解决了事故问题，还将井斜角由8.47度降到0.41度。 ? 在纠斜工程中，科钻一井所尝试的纠斜钻进和侧钻绕障技术方案，都是在我国没有先例的技术背景下进行的探索与实践，为我国今后类似的钻探工程留下了成功的示