世界最深钻井-世界最深人工钻井

在人类宇航探索步伐越迈越大、越迈越远的今天，人类对自身居住的家园———地球的了解还不如人类对月球表面了解得多。为了揭开地球最后的秘密和地球生命的起源，科学家们先后对如何探索地心进行了无数次的尝试，但由于难度太大而没有成功。

6月5日，英国《卫报》报道称，日本科学家将推出一项史无前例的地心探索计划———一艘巨大的钻探船将于明年在太平洋底钻出一个穿透地壳达到地幔的深洞，取回岩石样本研究，从而尽可能多地了解是什么引发了海底地震，同时还希望解开地球过去的气候变化之谜，探究在地球的深处是否存在特别的生命物质，解开地球生命起源之谜。

要在太平洋地壳最薄处打洞，钻杆长度是帝国大厦高度的25倍

“地球号”勘测船现在正泊在日本南部横滨港口做启航前的最后准备。

这是一个庞然大物———“地球号”的排水量为575万吨，船身长相当于“泰坦尼克号”的三分之二，船上装满了各种各样的高科技勘探设备……简直就是一座海上城市。

“地球号”勘测船作业时可以泊在米深的洋面上，其钻头却能钻探到海底以下米处，因此，它的钻杆长度是纽约帝国大厦高度的25倍，约是人类目前在海底钻探最深的洞米的3倍半！

“地球号”勘测船在今年的试航结束后，开赴太平洋地壳最薄的地方打洞。如果一切顺利的话，真正的钻探将从年开始。

打洞钻到地幔不简单，技术、金钱和时间一个都不能少

不过，年也就是一个开始，真正要钻探到地幔的话，那么技术、金钱和时间一样都不能少。

日本科学家介绍说，勘测船要钻透最薄5公里深的地壳到达地幔可能需要一年多的时间，因此，勘测船将携带6个旋转式推进器，这些推进器都由全球卫星定位系统控制，保证能够垂直打洞，不会出现丝毫的偏差。另外，钻头周围还包裹有套筒，内装减震化学泥和排气管，钻探时一旦遇到石油或者地壳中温度过高的岩石可以起到保护钻头的作用。

技术、时间和规模决定了所需要的金钱。好在这是国际综合大洋钻探计划的一个部分，由参加计划的世界各国分担。

钻探计划有多重意义，寻求生命起源提高地震预警能力

谈到这次地心勘测的目的，日本横滨地球探测中心负责人平良朝彦介绍说：“主要目的之一是在海洋地壳和上地幔处寻找细菌。我们相信那里存在生命，这项寻找工作与在火星寻找生命一样意义巨大。”

平良朝彦进一步介绍说，地幔的岩石与海水发生化学反应时产生了生命存在必需的化合物，“我们认为这是一套创造了早期生命的系统，或许我们有可能找到依然存在的生命起源的证据。”

横滨钻探组成员仓本新地还介绍了“地球号”的另一项主要任务———取回分析用的地幔样品。而此项任务意义非凡，仓本新地说：“人类已经成功取回月球岩石用以研究宇宙，但是却从来还没有到达占地球组成大部分的地幔。”

从“地震巢”取回的沉积物和岩芯则可能帮助地质学者更好地研究地震，甚至给出更多的地震预测。钻孔传感器还可以监测地表以下张力、倾斜度以及压力的变化。

此次地心探测可能还有另外的发现。日本早期的钻探队钻探过程中带回的抗热酶现在已经应用到洗涤粉中，而科学家们此次有可能在上地幔处发现以前从未发现的细菌，鉴于此种细菌可以在100摄氏度的高温中存活，被带到地面后它们将大有用途。

陆上钻井平台

陆上平台是指所有在陆地钻井和生产中所使用的设备。如今，无论低压还是磅力／平方英寸的高压井，都有可用于开采石油和天然气的成熟成套设备。陆上部分包括地面井口装置、地面采油（气）设备、完井装置等。陆地钻井的典型代表就是用一套可移动的钻机向下垂直钻一个延伸到开采深度的孔勘探到最深处的石油与天然气。，用套管加固。井口装置可以支撑套管并调控套管之间环形空间的压力。

“钻井的深度可以相当浅，仅需几根套管和小型钻机；如果钻井深度大于英尺，就需要多根套管和较大的钻井设备，需适应的压力和温度也就越高。”

在完井时，需要将钢制套管下至采收油气的深度，同时，这种套管还能以悬挂器（吊卡）对井口装置起到支撑作用。油气产层是孤立存在的，而且用多孔的套管进行分隔。在套管悬挂器之上有一套阀门，看上去就像树一样，它可以控制采出的油或气流。近年来，连续油管（挠性油管）钻井蒸汽辅助生产和多井完井技术已广泛应用。这种大型钻探设备被称为井架或钻塔，钻井工人们用钻塔来连接钻杆。

钻机由一种名为绞车的旋转头带动，钻杆用来钻一个孔。这个孔的起始直径大于100厘米，向下会逐渐减小至20厘米。钻杆的顶端是钻头，由3个旋转的钢制圆锥体构成，可以用来破碎岩石。这种钻头可以在一小时内向下钻进几十米的深度。到完井之后，钻杆的长度可达10千米。但钻井工人绝不仅仅是一种“发令员”的角色，他们是经验丰富的工程师。

油气储层的地质学家对从井下返上来的钻井液进行分析，钻井液的作用是喷射到井下，用以冷却钻头，同时也可以防止井下的石油或天然气在失控状态下发生“井喷”。随钻头向下钻进，地质学家还要采集土壤和岩石样品（称为岩心取样），并测量石油的自然流量。这些资料可以告诉钻井队钻遇的沉积物是否具有商业价值——实践中，这种情况也并不多见，地质家们据此对未来的油气生产进行精确的评估。

在海上钻井时，常常使用精确的采样工序具代表性的海上钻井作业是开采海岸线附近的海水下的地下油气资源。最重要的是产油区为大陆架的沿岸区；水上钻井也可以在湖泊和内陆海上进行。

海上钻井平台

海上钻井装置包括在水面进行钻井和开采的所有设备，由于水深和油气田的特征所致，海上钻井设备的形式很多。当今在固定式钻井平台上使用的钻井装置已经完整系列化了，包括钻机、悬浮式钻机、TLP船用圆材和浮式生产储存卸货装置等。海上钻井装置包括供钻井平台使用的水下井口装置和地面生产设备。海上钻井和生产系统的变化极大，它们取决于所选择的钻井平台和钻井地点的水深。

目前，海上钻井作业已在全球范围内全面展开，钻探的水深从300英尺（自升式钻井平台）到英尺以上（钻井船式钻井平台）。海上钻井可在水面和水下进行。水面钻井与陆地钻井有很多相似之处。在海上钻井过程中，钻井平台的作用就是一座人工岛。钻进过程中依然使用传统的陆地型井口装置和油气采集设施。然而，水下钻井是在海底进行的，需采用特殊的钻井和采集设备。

种类之一：自升式钻井平台。这种海上钻井平台装置有钢制的桩腿，矗立在钻井场，桩腿下降，直到牢靠地固定在海底。这种平台站立在最高海浪面之上。自升式钻井平台的适用海水深度小于200米。

种类之二：固定式钻井平台固定式平台是一种用于石油或天然气开采的海上平台。这种平台有钢制的桩腿，可以直接在海底固定，可以支撑钻机设备、生产装置和工人休息处。。这种钻井平台的适宜水深小于500米。钻机安装在一个钢制塔的钻台上，平台的桩腿就像一根根插入海底的柱子。一台起重机用于吊装钻杆（它们一般安放在附近的驳船上）。

种类之三：半潜式钻井平台半潜式平台，或是一种用于在海洋环境下钻探石油和天然气的可移动装置。它们的上部结构可以由下部压舱器或水面下的浮船或浮筒上的柱子支撑。它们在风大浪高的深水环境中稳定性极强。这是一种悬浮式装置，适用于水深小于米的海域。这种钻井平台可用它下部压舱的几个船体稳定，形成链状锚系装置。

海上油气勘探开发正在向更深水域进军，随着压力和温度增加，所遇到的挑战也就越大，因此就需要更加先进的技术以保障海上钻井的可靠性、灵活性，并提高钻进速度和质量。水下油气开采装置是安装在海底的，这也增加了许多困难，比如压力的保持、作业水域的深度、远程控制、设备维护、流量控制以及石油开采的配套设施。目前，绝大多数大型油田的开发已经包括带有开采树的多井精密操作装置和相应的管线系统输送石油和天然气的系统和机械。

在冷战的60年代，随着太空竞赛不断升温，另一项竞赛也慢慢展开，这就是地心争夺战。也许前苏联和美国永远无法钻到那个深度，但是它们可以尝试着钻到所谓的莫荷界面。

莫荷界面更正式的叫法是地球外壳与内壳之间的界线，它是通常呈现固体形态的外壳和充满岩浆的地幔之间的一个理论性分界线，但是这种说法存在很大争议。

在美国推出一项力图达到这个深度的钻探项目后，前苏联也加入到这场钻出世界上最深的洞的竞赛中。迪安·杜恩在《地球科学》一书中写道“在年到年间，太空竞赛期间经济利益与国家自信心结合，促使前苏联科学家计划钻出一个‘俄国超深钻井’，这样做的目的是，赶在美国钻探项目之前到达地球外壳与内壳之间的界线。”

这个最初目标确定后不久，前苏联便有了更雄心勃勃的目标更好地了解贵重矿物是如何形成的。苏联人将钻探地地点选在人迹罕至的帕钦加地区，正是在这里，前苏联在这里钻出有史以来最深的洞，洞深超过7英里约112公里。以下就是美国《连线》杂志公布的有关照片。

1科拉学院

科拉学院

在照片中的科拉学院，俄国钻了15年多，最终钻到地壳内部英尺深处，这项世界纪录至今未被打破。不过，虽然这项活动作为探索任务进行得非常成功，但在这个地点的地质发现，外界知道的却很少。斯坦福大学地质学家和钻探专家马克·佐白科表示，科拉超深钻井是大规模超深洞钻探项目领域的“一个尤物”。

2钻超深洞的钻头

钻超深洞的钻头

这个钻超深洞的过程非常简单。要在地面上钻出洞来，只要将一套钻探工具安装在一钻杆底部就可以了。当它下到洞底，威力强大的发动机会将洞底敲死，这样洞就会不断加深。液体不断从洞里流进和流出，以冷却钻头，并维持凿洞的稳定。钻头磨坏后，工人就会另换一个。虽然钻洞的基本原理众所周知，但是钻一个超深洞是一项非常困难的工作。前苏联在钻到地表如此深的地方的过程中，遇到了一系列技术问题。其中最重要的问题是地壳深处的高温。负责科拉超深钻的工程师根据有限的资源总结出制冷方法，制出很多能在超过600华氏度的高温下继续工作的钻头。

3超深钻井的工人

超深钻井的工人

前苏联的这项钻探工程从60年代初开始，直到苏联解体才宣告结束。当时的地缘政治环境在很大程度上给这项工作蒙上了一层神秘面纱。尽管前苏联地质部部长艾弗杰尼·柯兹洛夫斯基编写了现在已经绝版并很难找到的书《科拉超深钻井》，但是有关这个项目的数据从没传出国外。

4钻头旁的工人

钻头旁的工人

照片上这些站立在一个钻头旁边的负责科拉超深钻井的工人，必须在这个偏远地区生活。事实上在这个超深钻井周围有很多企业生活区拔地而起。柯兹洛夫斯基在他的书中对此进行了描写“这里有工业卫生设施、浴室和急救站，以及迎合工人白天和夜生活的小卖部，还有为钻探设备操作人员提供正常生活条件的预防性医疗救助会议大厅及房间。”

5科拉学院的科技控制室

科拉学院的科技控制室

这张照片上显示的是科拉学院的科技控制室。你看到的电脑将从几英里的地下传来的数据收集在一起。随着电脑技术不断进步，钻探活动也变得日益复杂。前苏联开始监控包括从简单深度测量到各种钻头工作难度测量的数据点。

6前苏联科研组制造的钻探工具

前苏联科研组制造的钻探工具

虽然当时全球都在实施钻探项目，其中最突出的是德国，但是前苏联科研组制造了他们自己的工具，例如这些合金钻杆。因为他们要钻探未知的深度，所以他们使用的方法经常要反复试验。这也解释了为什么该项目用了那么长时间。柯兹洛夫斯基还在书中说“这项复杂的科拉超深洞钻头科学技术试验，是在只靠前苏联的科技的情况下完成的。”

7深层钻探堪比地球望远镜

深层钻探堪比地球望远镜

苏联的一些地质学家发起了为大型设施寻求资金的行动，这个深层钻探项目便是其中之一。正如《超深大陆钻探和地球深度探测》记载的那样，卡尔·福克斯在一次会议上对科拉和超深钻井进行公开评论时，做了太空类推。福克斯说“地球学有一个‘望远镜’深层钻探和地球深处探测我们充分利用这个望远镜，超越目前面临的种种限制，以便探寻地球科学的新领域。”

8更换钻头

更换钻头

负责科拉项目的工程师可以根据他们要钻穿的岩石类型换钻头。他们制造了很多类型的钻头，其中包括，这种钻的设计特点是，在穿过特别坚硬的岩石夹层时，它每分钟的转数较低。大部分钻头都跟照片中的这个一样，有4个滚轴，还有一些拥有6个滚轴。

9科拉钻井

科拉钻井

尽管想往更深里钻已经不可能了，但是科拉井直到现在也没有被封死，结构依旧保存完好。从这个洞中采出的岩石，即已知的岩芯，甚至仍保存在该学院中。用于钻探该井的设备仍在用来探测地震，并用于其他测量工作。但是资助对象已经从该学院转移到其他有助于俄罗斯的石油和天然气生产的地质学家身上。现在俄罗斯每天生产大约970万桶油，而年的产量每天610万桶。

10科拉钻井对地球学没有产生太大的价值

科拉钻井对地球学没有产生太大的价值

在科拉钻井钻探过程中产生了很多地震测量数据、来自地球深处的岩芯以及地球深处可能有液态水等令人感兴趣的结果。然而尽管该项目付出了巨大努力，并用了多年时间进行钻探，但当代美国和欧洲地质学家并不经常参考或利用科拉数据，他们更喜欢