前蘇聯(lián)打穿地球計(jì)劃沒(méi)有目標(biāo),就是想測(cè)試人類打穿地球的極限深度是多少。
第一個(gè):鉆井技術(shù)
鉆井無(wú)非就是一個(gè)鉆頭連接一個(gè)鋼管,然后鉆頭不斷往里旋轉(zhuǎn),鋼管長(zhǎng)度不可能無(wú)限增加。超過(guò)200米的單節(jié)鋼管很難制造,也很難運(yùn)輸,所以一般采用多節(jié)鋼管連接的方式增加長(zhǎng)度,但是這種方式只能適用于2000到3000米之間的鉆探,一般石油開(kāi)采用的就是這種方式。
當(dāng)需要鉆探的深度超過(guò)3公里,由多節(jié)鋼管連接成的管道就不再是垂直的了。
因?yàn)殇摴苤g再怎么固定,都會(huì)有松動(dòng),在鉆探的過(guò)程中,力的傳導(dǎo)會(huì)導(dǎo)致鋼管之間左右或者上下?lián)u擺,層層積累,最終導(dǎo)致整個(gè)管道整體彎曲。所以超過(guò)3000公里的鉆探會(huì)由于鋼管的彎曲削弱大部分扭矩,最終傳導(dǎo)鉆頭上的力所剩無(wú)幾,鉆探工作就不得不停滯。
第二個(gè)原因:組成鋼管的材料限制
顧名思義,鋼管是由鋼組成的,鋼嚴(yán)格來(lái)說(shuō)并不是一種金屬,而是鐵和碳按照一定比例混合形成的復(fù)合材料。
鋼材雖然耐高溫,但是也是有限制的。越往下鉆,由鋼構(gòu)成的鉆頭受到的摩擦越大,溫度就越高,當(dāng)鉆探深度超過(guò)2000米時(shí),鉆頭溫度能達(dá)到100℃。再繼續(xù)鉆探,溫度就越來(lái)越高,鉆頭就越來(lái)越軟,從而失去強(qiáng)度,然后變形。一般情況下當(dāng)鉆頭的溫度超過(guò)300℃就變形比較嚴(yán)重了。超過(guò)500℃,鉆頭基本上就喪失強(qiáng)度,從而報(bào)廢。
第三個(gè)原因:地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)限制
地球內(nèi)部的構(gòu)造可以簡(jiǎn)單分為巖石圈,地幔和地核。
巖石圈的表層也就是我們常說(shuō)的地殼,地殼深度在0到35公里之間。地殼的溫度雖然不高,但其組成成分卻十分堅(jiān)固,是由含鐵鎂的硅酸鹽巖石構(gòu)成。鉆頭和堅(jiān)固的硅酸鹽巖石摩擦,會(huì)造成大量的熱,導(dǎo)致鉆頭快速升溫而變形。
前蘇聯(lián)曾經(jīng)在科拉超深鉆孔中,創(chuàng)造了12262米的世界紀(jì)錄,它們是如何做到鋼管不變形的?
首先蘇聯(lián)11262米的記錄是在1989年創(chuàng)造的,但并不是一鼓作氣直接打到這么深的地方??评钽@孔從1970就開(kāi)始鉆探了。
一開(kāi)始用的是前蘇聯(lián)烏拉爾馬什-4E研發(fā)的油井鉆井,將該鉆機(jī)稍微修改,理論上可以鉆到地下7000米。
但是這樣的深度并不讓蘇聯(lián)滿意,后來(lái)蘇聯(lián)重新設(shè)計(jì)了一款超強(qiáng)的鉆機(jī)。也就是大名鼎鼎的烏拉爾馬什-15000 系列鉆機(jī),理論上可以鉆到地下15000米。
烏拉爾馬什-15000 系列鉆機(jī)從1974年被安裝到科拉半島上以來(lái),也是斷斷續(xù)續(xù)地鉆探,越深越難鉆,一次性也頂多鉆100米。1982年10月,鉆探深度達(dá)到11662米。
1983年深度達(dá)到12000米。
鉆探的過(guò)程為了防止鉆頭發(fā)熱嚴(yán)重,還需要不斷加水降溫,即便不斷降溫也難以避免地下一萬(wàn)米的高溫環(huán)境。
1984年,烏拉爾馬什-15000 鉆機(jī)在鉆到地下12066米時(shí),在接近鉆頭的一段5米長(zhǎng)的鉆柱由于受到高溫的作用,導(dǎo)致鉆柱變形扭斷在鉆孔中,鉆探工作不得不停滯。然后這個(gè)鉆孔就被廢棄了。
1986年,蘇聯(lián)又在這個(gè)鉆孔7公里遠(yuǎn)的地方重新鉆探到7000米。1989年,繼續(xù)鉆探,深度達(dá)到了12262米。
本來(lái)計(jì)劃到1993年,鉆井深度超過(guò)15000米,但是由于在12262米繼續(xù)鉆探時(shí),鉆機(jī)發(fā)生了故障,導(dǎo)致鉆探工作又得停擺。
第三年蘇聯(lián)解體。由于缺少預(yù)算,科拉超深鉆孔的最終深度就停留在12262米上。
此后很長(zhǎng)一段時(shí)間,這一垂直深度一直保持著世界最深的鉆孔紀(jì)錄。
2008年,卡塔爾的沙欣油田的一個(gè)鉆井長(zhǎng)度達(dá)到12289米,長(zhǎng)度超過(guò)科拉超深鉆孔的12262米。
但是這只是鉆井所需的鋼管總長(zhǎng)度??ㄋ栍吞锊⒉皇谴怪贝蚩?,雖然長(zhǎng)度超過(guò)12262,但是鉆孔最深處距離地表的垂直高度并沒(méi)有超過(guò)前蘇聯(lián)創(chuàng)造的記錄。
如果預(yù)算充足,科拉超深鉆孔的記錄應(yīng)該會(huì)維持在15000米。
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