“地殼一號”打到地底7018米到底有多難？超級鑽機必需這一種金屬

6月2日，中國超級鑽機“地殼一號”正式宣佈完成“首秀”，以完鑽井深7018米創亞洲國家大陸科學鑽井新紀錄，標誌著中國成為繼俄羅斯和德國之後，世界上第三個擁有實施萬米大陸鑽探計畫專用裝備和相關技術的國家。

據瞭解， “地殼一號”，高60米，占地1萬多平方米，鑽進能力達到1萬米，主要用於松遼盆地國際大陸科學“松科二井”鑽探工程，除進行地球演變和古氣候研究，還將用於中國地殼的立體探測、能源探測等方面的研究。在本文中，小編要為您介紹我國重要的戰略資源——鎢在“地殼一號”中的應用。

一般來說，鎢制材料在鑽井工程中的主要兩個應用是硬質合金鑽頭及鑽井配重，此外還有一種叫射孔彈的應用（類似於鎢合金穿甲彈），本文不提。

先說鑽頭，小編認為與其叫它鑽頭還不如叫鑽齒更貼切些。目前鑽井工業主要的兩種鑽頭鑽齒材料為金剛石和硬質合金，根據地質岩層條件的不同，兩種材料所製造的鑽頭是可以相互替換的。

金剛石一般是被認為硬度最高，耐磨性最強的材料，在鑽井推進中，以金剛石製造的鑽頭能夠適應地質較硬的地層，是鑽井設備中的精英“御林軍”。 只是，金剛石鑽頭雖然比鎢更硬更耐磨，但其價格相對昂貴，耐高溫性能和抗衝擊性能也明顯不足（金剛石在700℃左右會變成石墨），難以適應地底幾千米深的那種未知的複雜的地質環境。在中學地理中我們就知道，地心溫度約4000℃以上，越接近地心，密度越大，壓力越大，熱量也就越高，並且地底下還存在著許多具有很強腐蝕性和放射性的放射性元素。所以在鑽井到一定深度時，除非研究出某些超級黑科技，否則金剛石鑽頭在深層推進是心有餘而力不足的。

這時候就需要鑽井的“野戰部隊”——牙輪鑽頭出動了。在鑽井工業中，牙輪鑽頭一般採用硬質合金製造，這是使用最廣泛的一種鑽井鑽頭，國內外的主流產品是三牙輪結構，這種鑽頭能夠適應軟、中、硬的各種地層，更重要的是它可以兼具成本和性能。畢竟鑽井不是一朝一夕的工程，特別是5000米以下的深鑽，越往下的施工難度就越大，資金耗費就越多，或者也可以說，要想打多深的洞就得要有往洞裡填多少錢的覺悟。據說前蘇聯12262米的克超深鑽打了24年，到最後停止的原因不是發現了“地底怪獸”，而是實在沒錢再繼續打洞了。而我國“地殼一號”的打到7000米也用了近四年時間。一般認為，當鑽到5000米以下的深度時，就屬於深鑽，再往下鑽，每100米都是一個突破，世界上有這種能力的國家屈指可數，鑽頭核心技術誰都是藏著掖著壓箱底。特別是到了後期，複雜的地質情況對鑽頭的要求不再只是“硬”和“耐磨”，耐高溫耐高壓耐腐蝕等指標也是必不可少的。

碳化鎢是硬度和熔點都非常高的金屬材料，以粉末冶金工業為基礎，碳化鎢可以與鈷、鎳、鉬、鉻、鉭或稀土等許多其它金屬材料自由組合，製成適用於鑽井工業的超粗晶硬質合金，這類合金能耐高溫耐高壓耐衝擊耐腐蝕耐磨損等，反正是要啥有啥，十八般武藝樣樣俱全，金剛石鑽頭在這方面就稍顯欠缺。

不過目前，為了提升鑽頭材料的性能，我國工業也已經探索出更好的材料複合結構方案。就是以硬質合金為主體材料，在表層鍍覆一層金剛石薄膜，膜層厚度約0.01-0.5mm。就這樣，鑽頭既具有金剛石的硬度與耐磨性，又具有硬質合金的其它優勢，更加強力，經濟性很高。

此外，鎢還有一個重要的屬性被大型鑽機奉為至寶，那就是高密度。眾所周知，鎢具有黃金一樣的密度，通常被我們用來製造高比重合金或高密度重合金，反正重點就是一個字“重”。要將鑽井打到幾千米的地底，鑽井設備必須有足夠的配重並且夠牢固，以此才能平衡向上的阻力，增強下降的動力，才能讓鑽頭進入重晶石泥，並且在這樣惡劣的環境下還能無堅不摧，承受住地底高壓高熱並一路下探。像“地殼一號”這樣的萬米超級鑽機，其目前的深度已經達到7000米，在這個過程中鑽井能面對堅硬的岩石層，能承受地殼中的強大壓力並兼具成本平衡的配重材料，也就只有鎢基合金材料。

“地殼一號”鑽機的設計標準是一萬米深鑽，從各媒體報導的“7018米”來看，這只不過是中國深鑽技術的“小試牛刀”而已，據瞭解, “地殼二號”已在設計當中，其重點將是鑽頭材料的繼續升級。筆者相信，中國能依靠自主的科技創新，實現一萬米以上的鑽井深度，達到新的深鑽極限,為國家探索未知的地底世界做出重要貢獻。

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