钻探到地壳深处一万米的设备需要什么样的技术支持?

【吉林大学研发“地壳一号”:钻探深度可达1万米】由吉林大学自主研发设计的“地壳一号”万米大陆科学钻机,在四川制造成功。这不仅标志着我国在地质钻探能力已达到世界先进水平,同时也标志着我国“入地”的探测计划取得了阶段性重大进展。http://t.cn/zRMqqsD

钻到一万米是件很困难的事情吗?

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9个答案
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百变猩菌勘查技术与工程专业

2013-10-22 00:56

这个问题其实我在http://www.guokr.com/question/460610/这个问题里已经大概回答过了,我再有针对性回答下吧。

嘛,毫无疑问新闻中这个钻机实际上肯定是一个石油钻机,不过为了采取岩心采用了取心钻具(石油上钻进一般都是全面破碎不取心的,地质钻探是取心钻探)【这里并不是说只换个钻具就好了,当然会为了适应钻探取心对钻机进行改进,但本质上还是个石油钻机嘛。个人认为石油钻机和地质钻机其实区别并不是非常大,原理其实是一样的,不过是体型、功率等差别罢了】

万米深井这种超深井的难度主要在于以下几个方面:

  • 钻机的起拔力。钻杆一般都是钢管,大家可以想想,五千米的钻杆多重? 一万米的钻杆有多重?虽然为了提高钻进效率可以采用分段绳索取心,但是如果出现钻井事故时不提钻杆基本就不可能解决问题了。所以钻机必须具备提升钻杆的能力,超深井对钻机起拔力有很大要求。比如深度达到12262m的科拉半岛超深井,到1973 年3 月井深达到7263m时,由于钻机起升负荷不够, 停钻两年多等新钻机。起拔力的重要性可见一斑,这也是为什么我敢肯定新闻中这是个石油钻机,因为一般来说石油钻机都比较大型,起重绞车功率大。
  • 井眼轨迹难以控制。地质取心钻探理想情况是垂直往下打的,所以控斜是很重要的一个任务。打歪了会降低钻机效率,造成卡钻等井内事故。虽然单根的钻杆是刚性的,但是多根钻杆连起来达到上百上千甚至上万米时,整个钻杆体系就不是刚性的了,而是在井内像面条似的,这样就很难控制井眼曲线。还是刚刚提到的科拉半岛超深井,当年就因为控制不好,井斜过大,造成事故,只能在7000m处钻了第二个井眼。
  • 高温影响众所周知,由于地温梯度,在地下一万米的深度,温度大概在200~300℃之间。在这个温度下,对于钻探所用的钻井液要求极高,因为普通的钻井液成分在高温下会变性难以发生作用。目前我国国内超高温钻井液的技术与国外还有差距,虽然已经有200℃以上的成功应用实例,但是超高温钻井液本身确实是一个不可避免的难点。另外高温也会造成测井仪器电子元件的失灵

另外跨度极大的复杂的地层情况、卡钻、钻杆拉断等事故的处理等各种原因都是钻探中的难点。

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钻井液和泥浆泵也相当重要的,
最后看见了液压顶驱,铁钻工,自动猫道,这都是石油钻机上比较先进的技术。超深井钻机用于科研可以投入更大的成本,国内石油钻机并没有大量应用。
液压顶驱,去掉了方钻杆,一次可以钻进3根钻杆,而且没有添加钻杆必须的起下钻过程,节省大量时间。
铁钻工,用自动机械代替内外钳工,完成拆装钻杆工作。
自动猫道,自动向井架上输送钻杆。
科研就是不一样。

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云英水晶地质本科-水文地质

2013-10-22 22:59
支持者: 零线怂小大夫

看到 地壳一号 点进来的

好吧,我是吉大地学部学僧

大赞!

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在科学理论允许的情况下主意就是钻井液的的性能和定向技术

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http://www.huaxia.com/jxtf/jrsc/xwsc/2013/10/3570912.htmlhttp://www.huaxia.com/jxtf/jrsc/xwsc/2013/10/3570912.html

里面有很详细的介绍。

科研探万米
全球仅一项成功案例
几年前,我国已拥有设计深度达1.2万米、用于石油开采的钻机。为啥科研用的万米钻机会“姗姗来迟”?
“科研用的钻机,比生产用的要求高很多。”赵大军介绍,石油开采多在沉积岩进行,质地较软;科研却需钻探变质岩和火山岩,质地坚硬,且因为要取岩芯,不能“野蛮施工”,这对于钻机转速、钻进工艺都提出很高要求。
此前全球仅有前苏联一个成功案例,钻出深度超过1万米的科学钻探孔。我国目前最深的科学钻探孔位于江苏,仅5158米。
保证科研要求,还要冲刺万米深度,校企都想尽办法:钩载能力直接影响钻探深度。宏华集团此前最深的9000米钻机,差着25吨钩载能力,为此攻关历时半年。
更困难的,是给钻机降温。在大庆油田所在的松辽盆地,地下每降低100米,温度升高3.9度。在6000米深度上,即可超过300度。“如果不降温,工作中的钻头只要2分钟就融化了。”赵大军说,“地壳一号”此次运用新技术的填充泥浆,帮助钻头冷却,在6000米深度上可将温度降低一半。
“地壳一号”将先在松科2号井场“练手”,首次钻探深度6400米,然后尝试8000米左右深度。赵大军直言,受降温能力等限制,钻机暂还不能冲击万米深度,“但钻探万米是必然目标。”他表示,已打算制造设计深度1.5万米的钻机。


http://news.xwh.cn/news/system/2013/05/09/010350878.shtml
这个有另一些介绍

钻探难度
10~20米就提钻一次
万米钻机课题负责人、吉林大学建设工程学院院长孙友宏说,吉林大学承担钻深能力达1万米的大陆科学钻探装备研发。2009年申请立项,2010年进行前期准备及方案设计工作,2011年12月20日,“地壳一号”万米大陆科学钻探钻机主体在四川诞生,并顺利通过验收,这是国内最大的大陆科学钻探钻机。 “我国虽然已经有了1.2万米的石油钻机,但是石油钻井与科学钻探井并不相同。”吉林大学“地壳一号”万米钻机项目的研究人员高科博士解释,石油钻井正常起下钻的目的是为了换钻头,如果钻头的寿命是1000米,那么1000米只提一次钻就可以了。而科学钻探井却是为了提取完整的地层岩芯,需要每钻进10~20米就提钻一次,将地球深部的岩石带到地表供地质学家研究,要求钻机具有极高的自动化和智能化水平。


主要是从12000米的油气钻机到万米的科学钻机。

油气钻井起下钻少,科学钻探起下钻多,所以增加了很多起下钻自动化相关设备。可能有些需要钻比较多火成岩(油气钻井其实也有时会钻火成岩,不过概率很低),比较硬。

再加一个链接“

地壳一号”万米大陆科学钻探钻机排管机电液控制系统仿真分析

http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10183-1013195626.htm

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会挖出沉眠的克苏鲁邪神...哈哈,貌似有个小说就提到苏联之所以解体,是因为毛熊太能作死,一家伙挖下去把邪神给钻醒了...

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不可能一次完成。也许要钻一段固一段。一般情况井会越往深处走越细。而且不同的岩层可能需要用到不同的钻井液。如何防止loss of circulation非常非常重要。不然钻出来的东西没办法带到地面上。

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往下面能钻到10000米,往上面却只能盖到几百米,看来三体里城市往地下发展的趋势是有科学依据的…………

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