“地殼一號”萬米鉆機成功首秀完鉆井深創出新紀錄

6月2日，吉林大學負責研發的“地殼一號”萬米鉆機正式宣布完成首秀，在松遼盆地科學鉆探二井（以下簡稱“松科二井”）工程中成功應用。完鉆井深7018米，創造了亞洲國家大陸科學鉆井新紀錄，這標志著我國在“向地球深部進軍”的路上取得了新的重大突破。

“地殼一號”萬米鉆機填補了我國在深部大陸科學鉆探裝備領域的空白，大大提高了我國超深科學井鉆探裝備的技術水平，使我國成為世界上第三個擁有實施萬米大陸科學鉆探計劃專用裝備和相關技術的國家。

科學鉆探是探索地球深部奧秘和開發地下資源最直接的技術手段

科學鉆探是探索地球深部奧秘和開發地下資源唯一最直接的技術手段，深部大陸科學鉆探裝備是打開地球奧秘之門的鑰匙。

“地殼一號”萬米鉆機就是這樣一把開啟地球奧秘之門的“金鑰匙”。作為我國首臺萬米大陸科學鉆探專用裝備，“地殼一號”萬米鉆機由吉林大學于2013年設計完成，中國航天科工集團下屬四川宏華石油設備有限公司加工制造。

為實施“松科二井”工程，“地殼一號”萬米鉆機于2013年10月由四川省廣漢市運抵黑龍江省安達市。“松科二井”工程是中國地質調查局部署實施的國家重大地調科研項目，目前“松科二井”正式完井，其設計井深6400米，完鉆井深7018米，是亞洲國家實施的最深大陸科學鉆井，也是國際大陸科學鉆探計劃（ICDP）成立22年來實施的最深鉆井。

經過越冬休眠，在完成鉆機調試和試運行后，2014年4月13日零點，“地殼一號”萬米鉆機現場開鉆。經過4年多的不懈努力，“地殼一號”萬米鉆機先后完成大直徑全面鉆進、取心鉆進、通井鉆進和擴孔鉆進等多項復雜工作。數據顯示，“地殼一號”萬米鉆機累計鉆進進尺9843.67米，最高日進尺達265米，最快機械鉆速每小時達28.8米，分別創造了最高日進尺和最快鉆速的國內紀錄。至今，“地殼一號”萬米鉆機歷經5個嚴冬的低溫考驗，最低溫度達零下37攝氏度，一次累計工作1163天，無故障時間利用率約97.6%。這創造了國產同類設備的紀錄，達到國際先進水平。

十年磨礪形成具有自主知識產權的高性能深部科學鉆探裝備

2009年，國家啟動了“深部探測技術與實驗研究專項”，其中第九項目“深部探測關鍵儀器裝備研制與實驗”由我國著名戰略科學家、國家“千人計劃”特聘專家、吉林大學地球探測科學與技術學院黃大年教授擔任負責人。“深部大陸科學鉆探裝備研制”課題是該項目的第五課題，由吉林大學副校長孫友宏任課題負責人，主要任務就是研制“地殼一號”萬米鉆機，以滿足我國地球深部探測任務中對超深鉆探用高端裝備的需求。

“‘地殼一號’萬米鉆機將石油鉆井裝備和先進的地質鉆探技術有機結合。”孫友宏介紹。“地殼一號”萬米鉆機主體由現有成熟的特深孔石油鉆井裝備關鍵部件優化改進而成。自主研發的關鍵技術及裝備是“地殼一號”萬米鉆機的核心，包括自動化鉆井裝置、高性能鉆井工具及先進鉆探工藝方法。

研制團隊歷時約10年，解決了深部鉆探裝備轉盤回轉速度低、設備自動化程度低和深部鉆探鉆頭壓力控制精度低的三大技術難題。不僅如此，該團隊還突破了高轉速全液壓頂部驅動鉆進、高精度自動化擺排管、高速度鉆桿柱自動擰卸輸送和高精度自動送鉆四大深部鉆探裝備關鍵技術。

“研發階段，學校師生堅守在四川研發基地，一干就是4年。一個部件的設計圖紙就達幾千張，整個鉆機設計圖紙摞起來有一人高。”說到研發的艱辛，孫友宏有些哽咽。“十年磨一劍，‘地殼一號’萬米鉆機形成了具有自主知識產權的高性能深部科學鉆探裝備和配套裝置。”孫友宏說。

相關技術成果被應用于油氣鉆機、海洋鉆機鉆井包等

深部大陸科學鉆探工程涉及地學、力學、機械、儀電、材料、物理、化學乃至仿生學等多個學科和領域，深部大陸科學鉆探裝備水平反映的是國家科技發達程度。

在驗收評定時，專家組對“地殼一號”萬米鉆機給出了這樣的評價：整機集成度高、自動化程度高、運行平穩，填補了我國在超深孔科學鉆探鉆機領域空白，全面提升了我國鉆機整機及關鍵部件的設計和加工水平。

“‘地殼一號’萬米鉆機加快了我國進入國際深部探測大國行列的步伐。”中國工程院院士、吉林大學校長李元元總結說。

目前，“地殼一號”萬米鉆機的相關技術成果被廣泛應用于深部油氣鉆機和海洋鉆機鉆井包等。“地殼一號”萬米鉆機的相關技術成果還成功應用于“極光號”極地鉆機，該鉆機已應用于俄羅斯北極圈亞馬爾高寒地區油氣勘探。據介紹，該鉆機可在零下50攝氏度低溫和12級以上強風環境下連續工作，是我國首臺可以在零下55攝氏度環境下作業的極地鉆機。“極光號”極地鉆機打破了一些國家的技術壟斷。

孫友宏透露說，目前，吉林大學已經和四川宏華石油設備有限公司合作，初步完成了“地殼二號”的設計方案，目標是實現15000米的鉆井深度，探索通向地球深處的隧道，更加近距離地聆聽地球的“心跳”。