“地壳一号”打到地底7018米到底有多难？超级钻机必需这一种金属

6月2日，中国超级钻机“地壳一号”正式宣布完成“首秀”，以完钻井深7018米创亚洲国家大陆科学钻井新纪录，标志着中国成为继俄罗斯和德国之后，世界上第三个拥有实施万米大陆钻探计划专用装备和相关技术的国家。

据了解， “地壳一号”，高60米，占地1万多平方米，钻进能力达到1万米，主要用于松辽盆地国际大陆科学“松科二井”钻探工程，除进行地球演变和古气候研究，还将用于中国地壳的立体探测、能源探测等方面的研究。在本文中，小编要为您介绍我国重要的战略资源——钨在“地壳一号”中的应用。

一般来说，钨制材料在钻井工程中的主要两个应用是硬质合金钻头及钻井配重，此外还有一种叫射孔弹的应用（类似于钨合金穿甲弹），本文不提。

先说钻头，小编认为与其叫它钻头还不如叫钻齿更贴切些。目前钻井工业主要的两种钻头钻齿材料为金刚石和硬质合金，根据地质岩层条件的不同，两种材料所制造的钻头是可以相互替换的。

金刚石一般是被认为硬度最高，耐磨性最强的材料，在钻井推进中，以金刚石制造的钻头能够适应地质较硬的地层，是钻井设备中的精英“御林军”。 只是，金刚石钻头虽然比钨更硬更耐磨，但其价格相对昂贵，耐高温性能和抗冲击性能也明显不足（金刚石在700℃左右会变成石墨），难以适应地底几千米深的那种未知的复杂的地质环境。在中学地理中我们就知道，地心温度约4000℃以上，越接近地心，密度越大，压力越大，热量也就越高，并且地底下还存在着许多具有很强腐蚀性和放射性的放射性元素。所以在钻井到一定深度时，除非研究出某些超级黑科技，否则金刚石钻头在深层推进是心有余而力不足的。

这时候就需要钻井的“野战部队”——牙轮钻头出动了。在钻井工业中，牙轮钻头一般采用硬质合金制造，这是使用最广泛的一种钻井钻头，国内外的主流产品是三牙轮结构，这种钻头能够适应软、中、硬的各种地层，更重要的是它可以兼具成本和性能。毕竟钻井不是一朝一夕的工程，特别是5000米以下的深钻，越往下的施工难度就越大，资金耗费就越多，或者也可以说，要想打多深的洞就得要有往洞里填多少钱的觉悟。据说前苏联12262米的克超深钻打了24年，到最后停止的原因不是发现了“地底怪兽”，而是实在没钱再继续打洞了。而我国“地壳一号”的打到7000米也用了近四年时间。一般认为，当钻到5000米以下的深度时，就属于深钻，再往下钻，每100米都是一个突破，世界上有这种能力的国家屈指可数，钻头核心技术谁都是藏着掖着压箱底。特别是到了后期，复杂的地质情况对钻头的要求不再只是“硬”和“耐磨”，耐高温耐高压耐腐蚀等指标也是必不可少的。

碳化钨是硬度和熔点都非常高的金属材料，以粉末冶金工业为基础，碳化钨可以与钴、镍、钼、铬、钽或稀土等许多其它金属材料自由组合，制成适用于钻井工业的超粗晶硬质合金，这类合金能耐高温耐高压耐冲击耐腐蚀耐磨损等，反正是要啥有啥，十八般武艺样样俱全，金刚石钻头在这方面就稍显欠缺。

不过目前，为了提升钻头材料的性能，我国工业也已经探索出更好的材料复合结构方案。就是以硬质合金为主体材料，在表层镀覆一层金刚石薄膜，膜层厚度约0.01-0.5mm。就这样，钻头既具有金刚石的硬度与耐磨性，又具有硬质合金的其它优势，更加强力，经济性很高。

此外，钨还有一个重要的属性被大型钻机奉为至宝，那就是高密度。众所周知，钨具有黄金一样的密度，通常被我们用来制造高比重合金或高密度重合金，反正重点就是一个字“重”。要将钻井打到几千米的地底，钻井设备必须有足够的配重并且够牢固，以此才能平衡向上的阻力，增强下降的动力，才能让钻头进入重晶石泥，并且在这样恶劣的环境下还能无坚不摧，承受住地底高压高热并一路下探。像“地壳一号”这样的万米超级钻机，其目前的深度已经达到7000米，在这个过程中钻井能面对坚硬的岩石层，能承受地壳中的强大压力并兼具成本平衡的配重材料，也就只有钨基合金材料。

“地壳一号”钻机的设计标准是一万米深钻，从各媒体报道的“7018米”来看，这只不过是中国深钻技术的“小试牛刀”而已，据了解, “地壳二号”已在设计当中，其重点将是钻头材料的继续升级。笔者相信，中国能依靠自主的科技创新，实现一万米以上的钻井深度，达到新的深钻极限,为国家探索未知的地底世界做出重要贡献。

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