打个孔,有那么难吗?
钻深井难,钻井人都知道。但多数人不理解:古人想飞上天100米都做不到,却可以钻上千米的井;现代人早已踏上月球,航天器更是上火星、探木星、访土星,飞过了冥王星,往下钻个几万米不是事儿吧?钻就完了!
听到这种话,前苏联的几千名钻井专家会喷出一口老血。
1956年,美国一帮地质学家想钻透地壳,看看下面到底是些啥玩意儿,于是申请了3亿美金,选了瓜德罗普岛附近比较薄的地壳,开启了“莫霍面钻探计划”。
但是开钻没多久,就发现最初的想法太天真:海底的地壳薄不假,但是,钻探船漂在海面上,垂下几千米钻杆,去钻海底岩层,相当于站在高楼上拿着一根又细又长的干面条,朝着底下的柏油马路钻孔。这个难度,从材料到工具,很多东西要重新发明制造,3亿美金,杯水车薪。
想申请更多资金,美国众议院没通过,于是计划就打了水漂。
当时美苏冷战,苏联一看老美计划失败,就兴致勃勃要掰掰手腕,不惜一切代价超越美帝。1970年,苏联集结了上千名技术专家到科拉半岛,开始了 “地球望远镜计划”,要钻透地壳。
前7000米算比较顺利,毕竟苏联钻探技术的底子还是不错的。但是,越往下越难。花了13年时间,到1983年,终于钻到12000米深度——可以说相当了不起了。但是,离钻透地壳,还差得远呢。说的不是距离,而是难度。到达一定深度,向下钻的难度,就随深度呈几何梯级增长。
难在哪呢?主要是“三高”:
一是高温。地层温度,大概每深百米上升3℃,超万米处,温度将达到300摄氏度以上。钻头和岩石高速摩擦还要生热呢。那么孔底马达、震击器、轴承密封这些材料要受得了才行。
二是高压。一万多米处,井内泥浆压力将达到175MPa以上,地层压力将达到400MPa。工具、仪器要耐得住才行。
三是高地应力。也就是岩层本身的压力,十多公里高的岩层高压,加上高温,井壁垮塌、卡钻就避免不了了,所以,一边钻,一边处理事故是常态。
所以,接下来的10年,一共继续向下钻了262米,就再也钻不下去了,钱、技术都受不了了。12262米,是人类迄今为止的钻深记录。
△科拉超深井,现在只能看见封帽。
PS:写这个深度时可能刚干掉一瓶伏特加
如果把地球比作一个苹果,我们连苹果外面那层薄皮都没钻透。
我们接着聊常规技术。