[科普中国]-“松科二井”，我国地层对比的“金柱子”

在中国的东北部，肥沃的黑土地一望无垠，一片广袤的平原——松辽盆地静卧在大小兴安岭和长白山脉的怀抱中，一座钻塔巍峨矗立，高耸入云。伴随着机器的轰鸣声，这座由亚洲国家组织实施的最深大陆科学钻井，攻克了长程取心、大口径取心和超高温钻井等重大技术难题，创造了深部钻探技术的四项世界纪录并取得两项重大突破，正一米一米地向地球深部进军，钻向地下6400米的白垩纪地层，获取白垩纪地层岩心，是“松科二井”的使命。

地球是一个极不均匀和复杂的球体，要想在它“身上”钻眼“挖石探秘”并非易事，对于已经完成钻井深度达7018米的超深井——“松科二井”来说，既要保证所钻井眼不能坍塌和崩裂，又要保证取出的深部岩心完好无缺，这是一件难度非常大的事情。面对如此多的工程难点，“松科二井”的超深孔钻探技术和配套的钻探机具都面临着严峻的考验。

独辟蹊径，攻克技术难点

作为我国首例超7000米深的科学钻探工程，“松科二井”面临的重大挑战是在大直径井眼中高效钻进，如何创新超深井钻探技术显得尤为重要。

“松科二井”采用国内首创的大直径同径取心钻探工具，使用钻探工具直接钻进一个大井眼，并一次性钻进至设计井眼直径，攻克了大直径取心钻头破碎岩石和粗大岩心抓取、携带出井等关键技术难关。如此一来，既省去了传统的“小径取心，大径扩孔”过程中的诸多工序，避免了“从小井眼到大井眼”钻进过程中的很多风险，也节约了大量物资，与此同时，获取的岩心样品实物量也比设计量多了5倍。

超大直径岩心

如何在取心技术上创新才能实现事半功倍的效果？科学家们在通过多次试验和技术攻关后，最终在长钻程技术上实现了突破，把“松科二井”每次可连续的钻进深度从10米、20米扩展到30米，并在Φ311mm（φ表示圆柱材料器材的直径）井段一次取心钻进深度超过30米，创造了该领域的世界纪录，随后又在Φ216mm井段一次连续取心的钻进深度达到41.69米，再次刷新了世界纪录。创新地应用长钻程技术，不仅减小了工人的劳动强度，压缩了钻井施工周期，而且极大地节约了综合成本，更为以后的超深井工程开辟了新技术支撑。

同时，为了保证大直径岩心出井后能够被完整地从岩心筒中取出，“松科二井”的科研团队利用“水力出岩心技术”与工程现场的液压拆装台架辅助的“机械出心技术”相结合，保证了累计4000余米岩心样品能够完整、原状出筒，为地学研究提供了一套优质丰富的岩心实物资料。

创新“泥浆”配方，在高温中继续“凶猛”

“松科二井”完钻井深为7018米，在超深井向下连续钻进过程中，既要保证上部井眼完好且不坍塌，还要让钻头“咬碎”的岩渣从井底顺利排出，还要保证高速转动的钻头不会因为发热而提前报废，这些都得依靠“泥浆”即钻井液来实现，它就像人的血液一样，在钻眼过程中从地面到井眼最底部不停的循环、净化，传递水动力、冷却并润滑钻具，携带和悬浮岩屑，维护井眼周围井壁的稳定。

在钻进的过程中，钻井越深，温度越高，钻井液的技术难度越大。“松科二井”每往下钻进100米，地下温度会升高3——4℃，钻到孔底的时候温度已超过240℃，通过反复的研究和实验，科学家们研发出的新型钻井液配方，经受住了井底240℃以上温度的考验，刷新了我国钻井液应用的最高温度记录。

探寻干热岩，接受来自“母亲”的温暖

在“松科二井”钻探的过程中，证实了松辽盆地深部凹陷带沙河子组和火石岭组（3350米以深）地层中存在有利的页岩气层系，完整地揭示了深部页岩气资源的潜力在地层4400——7018米的深度地层范围内，并发现了150℃——241℃高温干热岩体和两层高放射性异常岩层，热流值为84毫瓦/平方米，这一发现展示了松辽盆地良好的地热开发应用潜力。

目前，对干热岩的开发利用主要是发电，利用干热岩发电技术可大幅降低温室效应和酸雨对环境的影响，且不受季节与气候制约。据科学家们的保守估计，地壳中的干热岩（通常指3——10 km深处）所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍，若能开采出2％，其能量就相当于我国2010年全国一次性能耗总量（32.5亿吨标煤）的5300倍。来自“松科二井”的发现，印证了我国干热岩地热资源的开发利用前景。

“松科二井”项目的推进，建立起了我国地层对比的“金柱子”，创建了完整的松辽盆地陆相地层标准剖面，为发展我国区域性和全球地层对比研究提供了重要的陆相“标尺”；同时，“松科二井”建立了松辽盆地演化新模式，揭示了松辽盆地深部地质构造特征，发现了古大洋板块俯冲、聚合的深部证据，构建了盆地早期基底双向汇聚、后期伸展反转的陆地盆地演化新机制，为松辽盆地成因再认识及深层油气勘探提供了理论指导。

从挖井探秘到万米科钻，人们对地球内部的好奇心有增无减，为了揭开地球内部的神秘面纱，探索地心深处的万千奥秘，科学钻探的道路任重道远。但随着更多万米、超万米科学钻探等项目的深入推进，距离打开探索地球深部的通道会更加无阻，到那时，我们会更贴近地倾听地球母亲的“心跳”。

内容提供：中国地质调查局科普办公室（中国地质调查局地学文献中心）

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