向地下1萬米進發！我國深井又一次突破記錄，為啥要挖那麼深？

想像一下向地下鑽探萬米，或者是潛入深海鑽探會是怎麼樣的，其中又要運用到什麼樣的技術？

新的一年，隨着鑽探不斷向下突破，戈壁大漠中的技術人員能夠告訴我們答案。

萬米井此前已開鑽

在西北的塔里木油田，萬米深井的開鑽從2023年5月開始的。深地塔科1井，主要是探索特深層地質，同時為工程科學積累理論。

它的具體位置，在阿克蘇地區的沙雅縣，所在區域的旁邊，就是10億噸級的超深油氣區。油氣資源相當龐大，但是深度也超過了8000米。

所以，深地塔科1井的開鑽，就等於是為下一步當地油氣資源的開採，積累技術經驗的。開鑽既要探索特深層地質，同時也要在技術上需求突破。

從油氣資源開採的角度看，國能的超深層油氣資源規模達到了34%，從西北到西南地區，都擁有大型的含油氣盆地。無奈這些資源都埋的太深，相對於常規油氣資源開採，非常規的開採，是我們在未來必須面臨的問題。

在業內的定義中，油氣資源的埋藏超過了4500米就被定義為了深井，6000米到9000米的區域，這被定義為超深井。如果井深超過了9000米以上，則被定義為特深井。

我國在塔里木油田的開鑽，起步就是特深井級別。不但鑽探深，該地的地質結構也很特殊。在挖掘方面，深地塔科1井，使用了國內的特深井自動化鑽機，它的作業深度可達12000米，是國內自主研發的第一檯面向特深井的鑽探設備。

和普通的鑽探設備相比，鑽機設備的載重能從常規的300到400噸，提高到900噸以上。載重能力提升的同時，面對地下的高溫，鑽井設備也有應對措施。

為了配合鑽機工作，科研人員專門研發了耐超高溫工作液，它猶如冷卻液體一樣，能夠讓設備耐受地下220℃的超高溫。

除此之外，所用的168毫米鑽桿，五開井眼井身結構等技術，也都是國內創新研發的。鑽探深井，既能積累經驗，也能創新和更好的使用核心技術裝備。

同時，主要還是為未來的超深層油氣資源開採提供應用支持的。在深地塔科1井開鑽之前，我國已經在塔里木油田，鑽探6000米以上的深井達1700多口，8000米以上的超深井95口。

超深井的數量在全國佔比達到了八成以上，所生產的油氣資源量，規模佔比達到了52%。

深地塔科1井，未來的鑽探深度將達到11000米以上，此前規劃的鑽探周期為457天。從去年5月開鑽以後，工程進度一直在有條不紊推進。

鑽探過程中創下的多個記錄

2023年7月底，深地塔科1井的深度已達到5856米，從8月份開始，工程進入了下一個階段。技術人員利用70多個小時，順利進行了下套管作業。

所下套管設備是大噸位的，設備的空重為752噸，浮重為625噸，設備的直徑分別為365.12毫米和374.65毫米，複合大尺寸大噸位套管的使用，在塔里木油田乃至全國都還是首次。

到2023年12月底，鑽探的深度已經突破9000米。地上，承載鑽探設備的鋼鐵塔架有20層樓高。地下，鑽頭、鑽桿、套管加在一起的總重量則超過了2000噸。

達到9000米，鑽頭穿過的地質層已經達到了十多個。到達這一區域後，來自地下的各種困難就陡然增加了。

相對於淺層區域，9000米深區域來自岩石的擠壓更強，溫度相對於淺層區域也更高。鑽探設備的工作效率和進度明顯下降。

鑽探設備用過的鑽頭

這期間由於高溫和高壓，部分鑽具還出現了損傷，控制設備運轉的電子元器件也曾失效。雖然有難度，但是預定的鑽探作業還在繼續。

到本月13日，鑽探的深度已經突破9900米。此刻，地下的溫度已經達到了195℃左右，所用鑽井液也會因為高溫而老化，岩層的壓力，更是可以高達230兆帕。

對鑽探設備來說，在這種極限條件下作業，每時每刻都在考驗着工具和鑽井液的性能。最典型的情況就是，鑽頭更換的頻率相比於之前已經高了很多。

而在鑽探深度超過9900米後，設備開始使用更堅硬的金剛石鑽頭。在不斷向地下深入的過程中，科研人員也已連續50次取出了地下的古老岩石標本。

鑽探取出的岩石碎屑，科研人員都做了分門別類的處理，同時也對多種碎屑進行了研究。

從歷史上來看，其他像蘇聯等國家，也都鑽探過萬米深井，鑽探以後並沒有對地層結構構成明顯影響。而且我國此前也已經進行了多次深井鑽探，結果也能表明深井鑽探，並不會誘發地質風險。

鑽井設備的不斷向下，最終要打通的是塔里木盆地最古老的特深生油層。未來一旦在技術上取得突破，鑽探技術不但更上一個台階，蘊藏在特深地層中的油氣資源，也能成為新的寶藏。

除了在陸地上鑽探，我國在深海領域的鑽探和找礦設備，同樣也取得了新進展。

深海採礦設備完成了海試

向深海進發，人類製造的設備同樣也要面臨極強的高壓。我國自行研製的深海採礦車，即將迎來千米的海試。

該採礦車，未來主要用於多金屬硫化物的開採，這是一種富含銅、鋅、金、銀等多種金屬的深海礦產，相比於陸地上同類的礦產資源，深海的蘊藏量是陸地的600多倍。

擁有了深海採礦車，未來到海底作業就是妥妥的「撈錢」的。這一設備由杜新光帶領團隊在研發，整個科研和製造進程已經持續了十多年。

在杜新光看來，設備最大的難題，就是如何承受來自深海強大的壓力。在海洋中，每下降一定區域，面臨的水壓就會增加，超過3000米，即使全是金屬的採礦車，它所面臨的壓力也將達到300個大氣壓強。

現在杜新光團隊研究的設備一切準備就緒，春節之後就要進行海底測試。除了杜新光團隊研發的設備外，上海交通大學研發的深海重載作業採礦車，此前在2021年8月已完成了深海測試。

上海交通大學研發的設備名為「開拓一號」，海試是在西沙海域進行的，深度達到了1300米，全程自動化操控。採礦車不需要人工操控，根據預先設定好的程序，可以在海底自主行走。

測試過程中，開拓一號被分別放置在了不同的水域中，從108米到246米，再到968米，最終達到1305米的深度。

在不同的水域，開拓一號都順利完成了布放回收、海底路徑規劃和自主行走、海底礦石採集和沉積物取樣等試驗。

設備成功通過了高壓電力供給、深水大功率液壓、信號傳輸和智能控制、水下布放回收姿態自動控制、水下行走和礦石採集等關鍵技術測試。

在深達千米的海底，開拓一號無需人工操控，根據先期的指令，就能自主的行走和完成各種規定指令，這運用了最先進的海底智能自主行走技術。智能控制系統就是開拓一號的大腦，能夠指揮並實施各種指令。

西沙海域的海底，地形條件很複雜，設備則成功完成了複雜行走路線，凸顯出採礦車的智能控制水平和海底作業能力很高。

海試的成功，標誌着深海採礦車向工程化和智能化方面邁出了關鍵的一步。

我國的深海作業設備雖然接連取得成功，但是和陸地開採油氣資源不同的是，深海採礦還有來自其他方面的難題。

深海採礦面臨的幾大難點

隨着陸地資源的逐步短缺甚至枯竭，海洋資源越來越成為全世界關注的重點。上世紀60年代，各國的科學家，就把目光瞄向了海底的多金屬礦產。但由於開採深度動輒到4000米以上，深度還是會讓人望而卻步的。

此後，地質學家又從海底發現了活躍的熱液礦，其中富含多種金屬元素。但同樣由於技術問題，實現工業化開採很難。

從難度來看，技術瓶頸是繞不開的難點。國內的海洋地質學家指出，深海採礦的深度通常可達到6000米，海上的風浪和洋流等自然條件，會對船舶、採礦車、管道等設備造成全方位的影響。

就技術來看，深海採礦車的定位問題，協同控制以及精準跟蹤等方面，技術要求都很高。我國的一些設備雖然完成了海試，但要真正應用還有很長的路要走。

技術難度還伴隨着開採費用的昂貴。2012年以來，加拿大的一家公司在某處海底的斷裂帶開採多金屬礦產。截止到2023年的開採量有3000多噸，但花費卻早已突破了3億美元。

如此高昂的成本，目前還沒有解決的辦法。而除了技術難點和成本之外，各國對深海採礦，還非常擔心環境影響。

海洋不同於陸地，一旦對生態系統造成重大破壞，如何修復以及應對，目前各國都沒有成熟方案。像法國和智利等國家此前已明確表示，不同意現在對深海礦產資源進行商業開採，認為由此帶來的潛在風險將不可承受。

不過也有人對此提出了相反觀點，認為海洋採礦相比於陸地開採，對環境的影響要小。他們列舉在印尼的熱帶雨林地區採礦，其帶來的環境危害要比海洋採礦大。

存在爭議，再加上技術還不成熟，所以圍繞深海採礦，目前各國都還處在規劃和研究階段，並沒有大的實質性行動。

結語

下一步，不管是陸上特深井油氣資源，還是深海採礦，技術支持永遠是最關鍵的。只要具備了成熟的技術，未來是否使用，都能輕鬆應對。

西北大漠里的特深井還在繼續鑽探，另外的深海採礦車設備就要海試，新的技術在不斷開創，只有它們存在，才能構成國家未來發展的真正基底。

參考資料：

《入地、下海，「中國深度」！新春伊始 一批大國重器取得新突破》 極目新聞 2024年2月14日

《我國首口萬米科學探索井深地塔科1井正式開鑽》 人民網 2023年5月31日

《深海採礦有多難》 環球雜誌 2023年10月8日