“地壳一号”万米钻机成功首秀 完钻井深创出新纪录

6月2日，吉林大学负责研发的“地壳一号”万米钻机正式宣布完成首秀，在松辽盆地科学钻探二井(以下简称“松科二井”)工程中成功应用。完钻井深7018米，创造了亚洲国家大陆科学钻井新纪录，这标志着我国在“向地球深部进军”的路上取得了新的重大突破。
“地壳一号”万米钻机填补了我国在深部大陆科学钻探装备领域的空白，大大提高了我国超深科学井钻探装备的技术水平，使我国成为世界上第三个拥有实施万米大陆科学钻探计划专用装备和相关技术的国家。
科学钻探是探索地球深部奥秘和开发地下资源最直接的技术手段
科学钻探是探索地球深部奥秘和开发地下资源唯一最直接的技术手段，深部大陆科学钻探装备是打开地球奥秘之门的钥匙。
“地壳一号”万米钻机就是这样一把开启地球奥秘之门的“金钥匙”。作为我国首台万米大陆科学钻探专用装备，“地壳一号”万米钻机由吉林大学于2013年设计完成，中国航天科工集团下属四川宏华石油设备有限公司加工制造。
为实施“松科二井”工程，“地壳一号”万米钻机于2013年10月由四川省广汉市运抵黑龙江省安达市。“松科二井”工程是中国地质调查局部署实施的国家重大地调科研项目，目前“松科二井”正式完井，其设计井深6400米，完钻井深7018米，是亚洲国家实施的最深大陆科学钻井，也是国际大陆科学钻探计划(ICDP)成立22年来实施的最深钻井。
经过越冬休眠，在完成钻机调试和试运行后，2014年4月13日零点，“地壳一号”万米钻机现场开钻。经过4年多的不懈努力，“地壳一号”万米钻机先后完成大直径全面钻进、取心钻进、通井钻进和扩孔钻进等多项复杂工作。数据显示，“地壳一号”万米钻机累计钻进进尺9843.67米，最高日进尺达265米，最快机械钻速每小时达28.8米，分别创造了最高日进尺和最快钻速的国内纪录。至今，“地壳一号”万米钻机历经5个严冬的低温考验，最低温度达零下37摄氏度，一次累计工作1163天，无故障时间利用率约97.6%。这创造了国产同类设备的纪录，达到国际先进水平。
十年磨砺形成具有自主知识产权的高性能深部科学钻探装备
2009年，国家启动了“深部探测技术与实验研究专项”，其中第九项目“深部探测关键仪器装备研制与实验”由我国著名战略科学家、国家“千人计划”特聘专家、吉林大学地球探测科学与技术学院黄大年教授担任负责人。“深部大陆科学钻探装备研制”课题是该项目的第五课题，由吉林大学副校长孙友宏任课题负责人，主要任务就是研制“地壳一号”万米钻机，以满足我国地球深部探测任务中对超深钻探用高端装备的需求。
“‘地壳一号’万米钻机将石油钻井装备和先进的地质钻探技术有机结合。”孙友宏介绍。“地壳一号”万米钻机主体由现有成熟的特深孔石油钻井装备关键部件优化改进而成。自主研发的关键技术及装备是“地壳一号”万米钻机的核心，包括自动化钻井装置、高性能钻井工具及先进钻探工艺方法。
研制团队历时约10年，解决了深部钻探装备转盘回转速度低、设备自动化程度低和深部钻探钻头压力控制精度低的三大技术难题。不仅如此，该团队还突破了高转速全液压顶部驱动钻进、高精度自动化摆排管、高速度钻杆柱自动拧卸输送和高精度自动送钻四大深部钻探装备关键技术。
“研发阶段，学校师生坚守在四川研发基地，一干就是4年。一个部件的设计图纸就达几千张，整个钻机设计图纸摞起来有一人高。”说到研发的艰辛，孙友宏有些哽咽。“十年磨一剑，‘地壳一号’万米钻机形成了具有自主知识产权的高性能深部科学钻探装备和配套装置。”孙友宏说。
相关技术成果被应用于油气钻机、海洋钻机钻井包等
深部大陆科学钻探工程涉及地学、力学、机械、仪电、材料、物理、化学乃至仿生学等多个学科和领域，深部大陆科学钻探装备水平反映的是国家科技发达程度。
在验收评定时，专家组对“地壳一号”万米钻机给出了这样的评价：整机集成度高、自动化程度高、运行平稳，填补了我国在超深孔科学钻探钻机领域空白，全面提升了我国钻机整机及关键部件的设计和加工水平。
“‘地壳一号’万米钻机加快了我国进入国际深部探测大国行列的步伐。”中国工程院院士、吉林大学校长李元元总结说。
目前，“地壳一号”万米钻机的相关技术成果被广泛应用于深部油气钻机和海洋钻机钻井包等。“地壳一号”万米钻机的相关技术成果还成功应用于“极光号”极地钻机，该钻机已应用于俄罗斯北极圈亚马尔高寒地区油气勘探。据介绍，该钻机可在零下50摄氏度低温和12级以上强风环境下连续工作，是我国首台可以在零下55摄氏度环境下作业的极地钻机。“极光号”极地钻机打破了一些国家的技术垄断。
孙友宏透露说，目前，吉林大学已经和四川宏华石油设备有限公司合作，初步完成了“地壳二号”的设计方案，目标是实现15000米的钻井深度，探索通向地球深处的隧道，更加近距离地聆听地球的“心跳”。