2018年09月04日 星期二
地质云 :English | 公务邮箱
中国矿业报订阅

7018米!在地球纵深书写中国智慧经典

2018-6-25 10:02:27 来源:中国矿业报社 本报记者:刘晓慧 蒋郭吉玛

体育彩票湖北11选5 www.sh9v.cn 编者按:

2016年5月,习近平总书记在全国科技创新大会上指出,“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题。”“十三五”国家科技创新规划提出,加强地球深部探测等候选重大科技项目的储备论证。自然资源部、财政部、国家发改委、科学技术部、教育部等五部委坚决落实党中央、国务院的决策部署,大力支持松科二井工程实施及科学研究工作,助力我国深部探测钻探技术水平的跨越式发展。

松科二井是自然资源部中国地质调查局积极践行习近平总书记“向地球深部进军”的号令的具体行动,也是自然资源部实施深地探测、深海探测、深空对地观测和土地科技“三深一土”科技创新战略的重要组成部分。自2014年正式开工至今历时4年,松科二井主要围绕松辽盆地深部能源资源调查、建立松辽盆地深部地层结构剖面、寻求白垩纪气候变化地质证据以及研发深部探测技术等四大目标展开,并已交上一份令人满意的答卷。

2018年初夏,在黑龙江省安达市郊开阔的黑土地上,各路车辆、人马沿着乡间马路有序进场,庆祝名为“松科二井”的科学钻探工程以完井井深7018米的成绩载入史册,践行“向地球深部进军”交出了一份优异答卷。

这样隆重的庆祝,不仅是因为松科二井科学钻探工程的开展为我国地质科研工作带来里程碑式意义,更因其实施过程中体现的人类命运共同体意识、全球治理的中国思维,以及对今后开展重大科技攻关产生的模范效应。这是国人积极投身地质领域科技创新,为全人类美好未来奋斗的一次壮举;也是自然资源部中国地质调查局一次围绕国家重大需求,以破解深部钻探技术和探索松辽盆地深部资源环境重大地质问题为目标,以工程实施为牵引,多部门协作、多专业多学科融合、产学研用结合的协同攻关机制的成功实践。

地层深处岩心的使命

“好!你们每一天都是科学探索!每一天都是技术攻关!每一天都是创新科学钻探记录!请精心做好每一天!”自然资源部党组成员、中国地质调查局局长钟自然在得知松科二井科研人员在项目现场度过2018年春节、并再度克服工程技术难关后,专门给工程总指挥、中国地质调查局勘探技术研究所(以下简称勘探技术所)所长张金昌发来短信……

解读地球深部埋藏的亿万年演化记录,能够帮助人类解决今天面临的重要生存发展问题。但由于固体岩石的阻隔,人类对地球内部直接观察困难重重。即使到了1864年,作家凡尔纳也只能在小说《地心游记》中,对地层深处进行无限想象??梢运?,直到目前,相较于上天、入海,人们对自己生活的地球内部所知甚少。

松科二井施工现?。ㄗ柿贤迹?/em>

随着科学技术的发展,从20世纪60年代开始,地质学家才开始利用钻探技术向地球深处伸出“望远镜”。

中国地质科学家清晰地认识到,大陆科学钻探工程的开展,对于进一步了解地壳结构,掌握地球运动规律,丰富对生命科学、气候变化的认识,探索解决资源环境重大问题都具有重要意义。有着全球1/5人口的中国应该也必须在这方面有所作为,要有前瞻性布局。1996年2月,德国、美国和中国作为第一批成员,发起了国际大陆科学钻探计划(ICDP),至今已有近20个国家和团体加入该计划。

围绕国家重大战略需求主动出击,解决关键问题,是近年来中国地质调查局开展各项工作的主旨,这在松科二井工程中得到了再一次体现。

松科二井是松辽盆地大陆科学钻探的主体工程。自然资源部中国地质调查局经过反复论证与协调,于2013年正式启动,持续安排地质调查项目经费支持工程实施。在中国地质大学(北京)教授王成善等科学家的努力下,“松辽盆地大陆科学钻探”此前已纳入国际大陆科学钻探计划(ICDP),自然资源部中国地质调查局正式启动工程,保证了一系列工作的顺利实施。

2014年4月13日,松科二井正式开钻。2014年8月8日,在中国地质调查局组织下,吉林大学、中国地质大学(北京)、中国地质大学(武汉)等多家单位的地球科学家和国际地科联、国际大陆科学钻探计划、国际地球深部探测计划等国际地学研究机构的负责人,美国科学基金委员会、日本地质学会、韩国地质学会的专家学者,齐聚松辽盆地,现场考察了松科二井工程实施进展情况。

在当时,自然资源部党组成员,中国地质调查局局长钟自然就明确提出了松科二井工程将主要实现的目标:一是研究距今1.45亿年至6500万年间白垩纪地球温室气候和环境变化,为预测未来全球气候变化提供科学依据;二是建立服务“百年大庆”目标和基础地质研究的“金柱子”,为松辽盆地及其类似盆地的地球物理勘探提供科学“标尺”;三是攻克高温钻井、固井、测井和超长井段连续取心等关键工程技术,为万米超深井科学钻探提供技术储备,促进我国深部勘查技术发展;四是搭建国际合作交流平台,培养具有国际视野的地球科学专家和人才,造就一支高水平的科学超深井钻探设备研制、工艺研发和工程管理队伍。

4年的实践证明,这些预定目标的设置不仅帮助科学家实现了钻探工程的精准攻关,更为今后我国在诸多相关领域的开拓发展奠定了优质基础。

2018年3月18日,松科二井完钻;5月26日,松科二井完井。经过4年多的艰苦攻关和组织实施,松科二井终成为全球第一口钻穿白垩纪陆相地层的大陆科学钻井,亚洲国家实施的最深大陆科学钻井和国际大陆科学钻探计划(ICDP)成立22年来实施的最深钻井。目前,松科二井获得的高水平的研究成果,在科技创新和基础科学研究上的意义非凡,得到国际相关领域的普遍关注和高度评价。

地质领域联合攻关的创新示范

大陆科学钻探工程是一项集科学与技术于一体的综合性工程,也是多学科、多领域的系统集成。正因为技术要求高、组织难度大,它的开展才备受关注,取得的成果才在全球享有重要地位。

从特定意义上说,松科二井成就了一次地质领域联合攻关取得突破的典范。

“松科二井的成功,归功于它是一次有着明确部署和指导,依靠科技管理体制机制创新,科技、工程、服务人员拧成一股绳、通力合作的大会战。”勘探技术所所长张金昌表示。

为了保证各项目标的顺利实现,合理快速解决预见性和突发性问题,自然资源部中国地质调查局突破行业束缚,广泛开展组织实施,建立了一套兼具权威性和机动性的科学指挥体系。

2013年,中国地质调查局设立“松辽盆地资源与环境深部钻探示范”地质调查项目,并开始前期部署工作。

为了加强松辽盆地资源与环境深部钻探示范工程的领导和协调,推进工程顺利实施,在多次征求联合协作单位意见的基础上,松科二井领导小组和工程指挥部正式成立。领导小组主要负责工作计划、重大事项审定、重大事项协调等。工程指挥部为业务推进机构,具体负责工程组织实施。

按照领导小组分工,中国地质调查局副局长李金发担任组长;时任国土资源部科技合作司副司长高平、吉林大学副校长韩晓峰、中国地质大学(北京)副校长万力、大庆油田总地质师金成志为副组长;勘探技术所所长张金昌为工程总指挥,中国科学院院士、中国地质大学(北京)教授王成善为首席科学家和副总指挥,相关科研、管理机构相关负责人为成员。中国地质调查局迅速整合全局优势力量,以勘探技术所、中国地质调查局中国地质科学院地球深部探测中心(以下简称“深部探测中心”)为主体,联合中国地质大学(北京)、吉林大学、大庆油田等多家单位,集结地质行业600余名科技人员,团结协作,攻坚克难,破解了工程施工、技术研发和理论研究中遇到的一个又一个难题,最终实现松科二井科学目标和工程技术目标。

松科二井领导小组成立以来,中国地质调查局副局长、松科二井领导小组组长李金发主持召开了数十场专题会,并多次到松科二井现场研究和推进松科二井实施,在重要节点给出了关键意见,促进了关键问题的高效解决。

每一项科技突破的取得、难关的跨越,都考验着组织者的经验、眼界和气度,更是优选整合、具体到人、精确到毫米的认真,才有了如今松科二井的“1+1>2”。

作为工程首席科学家,王成善院士带领中国地质大学(北京)等研究团队,针对未来地球气候系统对大气二氧化碳浓度增高如何响应等重大科学问题,成功申报国际大陆科学钻探计划“松辽盆地大陆科学钻探”项目。通过系统调查研究,围绕工程项目目标,最终为松科二井孔位科学选址。

松科二井钻探工程明确由我国从事探矿工程和岩土钻掘应用技术研究规模最大的探矿工程综合性专业研究所——中国地质调查局勘探技术研究所牵头。钻探工程包括钻井、测井、录井、固井、井控等五个子工程及钻井设备支持。六大块在以勘探技术所为主组建的工程指挥部指挥协调下协同施工。其中,最重要的钻井工程——即钻探技术、工艺、钻具等物资、质量和进度安排由勘探技术所负责,钻井商队伍严格按勘探技术所技术指令和考核制度作业。钻井设备“地壳一号”钻机由吉林大学提供,勘探技术研究所的工程技术人员负责实际操作。录井、固井、控井等工作,由勘探技术所分别招标委托中石油大庆钻探第一录井公司、中石化中原钻探固井公司和管具公司协作施工;测井研究与作业监督由勘探技术所委托中国地质大学(北京)分工负责,具体测井作业由勘探技术所招标委托中石油渤海钻探测井公司协作施工。

松科二井钻探使用的钻机“地壳一号”,是由原国土资源部牵头实施的地球深部探测技术与实验研究专项支持,吉林大学负责研发的国产钻机。2012年7月2日,中国地质调查局专题会议宣布由勘探技术所承担松科二井工程任务后,专门就“地壳一号”钻机在松科二井项目中的使用问题,指派科技外事部协调。经过多次磋商,勘探技术所与吉林大学达成协议,由勘探技术研究所向吉林大学支付“地壳一号”设备运行费,并提供维修和零部件更换的经费保障,拥有钻机的操作与使用权,吉林大学负责钻机维护监督和维修指导,保障钻机正常运转。在工程开展的4年间,“地壳一号”钻机得到了实钻验证,并保障了工程施工任务的圆满完成。

除了钻机设备,如何应对解决松科二井实施过程中的各种突发情况,成了摆在工程指挥部面前的一道难关。

“为此,松科二井工程指挥部选择了与‘地壳一号’生产者——中国最大的陆地石油钻机制造企业宏华公司,以及在钻井泥浆科研领域实力首屈一指的中国地质大学(武汉)进行合作,确保松科二井拥有一支技术过硬、服务意识强的钻机操作维护队伍和经验丰富的科技人员队伍,为项目高质量完成提供坚实保障。”松科二井工程指挥部总工程师朱永宜表示。

勘探技术所与中国地质大学(武汉)在超高温泥浆技术上的合作,联合研发的最新超高温泥浆体系,为松科二井以较低的泥浆成本于7018米完钻提供了强大的技术支持。自2006年起就开展了对超高温泥浆研究的中国地质大学(武汉)乌效鸣教授团队,在松科二井工程启动后,除派出十多名硕士生自始至终参加现场泥浆实验和配制、维护工作外,还根据勘探技术所的协作要求,指定两名博士生专门负责攻克松科二井超高温泥浆难题。这也成为松科二井工程中产学研用结合的成功典范。

深部探测中心松科二井工程设计与优化施工方案提供了大量技术支撑,并且多次派资深钻探技术专家现场指导解决施工难题,破解施工障碍。

中国地质调查局国土资源实物地质资料中心是松科二井岩心管理和服务惟一的国家级馆藏机构。为了确保“松科二井”岩心野外的完整性与安全性,实物资料中心技术人员长期驻现场开展野外前置管理,建立了野外现场前置管理与技术工作方法,形成了野外现场科学管理与汇交监管新机制,创新了深部探测岩心的野外环形浇注、馆藏弧型浇注、岩心立体还原归位、岩心图像信息复原抛光和岩心色彩高分辨率提取等5项新技术,为永久保留松科2井岩心中蕴含珍贵的地质信息,实现岩心资源可持续服务利用提供了基础支持。此外,实物资料中心广泛开展岩心信息提取、资料集成等方面工作,为地质科学家们的科学研究提供了优质的地质信息数据支撑。

此外,还有多位中石油、中石化钻井专家参加技术会议,研究五开钻开后井内严重塌方的治理方案、审批高温固井设计和全井完井方案,为松科二井钻至7018米完井进行技术把关。

科学钻探工程不是简单打一口钻井

要提高人类向地球的内层空间探索的能力,迅速提升深部地质探测技术十分关键。

科学钻探工程,表面上看是打一口井,实际上却是在考验一个国家的经济实力、基础工业实力,以及整个地质领域科技发展水平。

专家表示,大陆科学钻探不同于普通石油钻探,大陆科学钻探的目的是进行各项科学研究。因此,松科二井不仅要“打到预定深度”,还要把这么长的地层岩心完好地“拿上来”,然后从岩心中读取数据和开展科学研究,读取的数据就能越清晰规范,越有科学研究价值和指导意义。

换句话说,科学钻探的钻进深度和获取岩心都至关重要。

而科学钻探过程中会遭遇很多世界级难题,其中就包括地球的“三高”(高温、高压、高地应力)问题。在“三高”条件下,首先要确保钻机的配件和电子元件能正常工作;其次,在此条件下,尽一切可能避免井壁岩石破碎,造成井壁垮塌、卡钻等井下事故。在数千米深的地下,一次断裂,甚至细微的角度偏差,都会造成工程返工,影响进度,增加巨量成本;更重要的是,历经千辛万苦取出的样品会因质量不达标而丧失研究价值。

具体在松科二井钻探工程中,一要保证岩心的连续性完整性,二要克服松辽盆地复杂沉积岩地层以及地下高温对钻进的阻碍。同时,还要在保证安全和钻孔质量的前提下,提高钻进效率以提升经济效益。

“高于96%的取心率,获得了连续完整的4014米岩心。”在松科二井成果汇报会上,这样具有强劲说服力的数据被地质专家们津津乐道,因为数字背后意味着成熟与高超的钻探取心技术。

以勘探技术所为主导的钻井工程在实施过程中,将破解深部钻探技术为目标导向,精心设计施工方案,在技术上坚持自主创新,打破固有思维和传统技术束缚。4年中,勘探技术所所长、工程总指挥张金昌教授级高工带领松科二井工程实施团队创造了多项世界纪录,为松科二井三开段压缩施工周期至少4个月,节约钻探成本超千万元。其中,针对取心长度和工程进度无法兼顾的世界难题,在世界上第一次研发并成功应用大口径一次取心成井等技术,将钻进速度提高了2倍,提高了取心成功率;自主研发出国产系列大口径取心钻具。针对超高温无法施工问题,成功自主研发抗高温钻井液体系和固井技术,创造了国内最高温度(241℃)条件下钻进的新纪录。

松科二井工程中最大的技术亮点之一就是“大口径取心井段同径取心、一径完钻”。相对于此前国内外科学钻探沿用的“小径取心、大径扩孔”作业,它取消了活动套管、下入与起拔程序,避免了大段的扩孔钻进工作,回避了扩孔作业的技术风险,节约了大量的钻探时间。为了实现这一钻进方法,勘探技术所攻克了大直径金刚石钻头的设计与加工,大直径岩心的拔断与提钻过程中钻具对岩心的承托,钻具结构设计与强度校核等关键技术。

松科二井在大于152毫米口径的取心井段“同径取心、一径完钻”的战略构想完全实现,在国际岩心钻探领域首创311毫米口径同径取心、216毫米口径薄壁钻头(相对石油钻井216毫米直径钻头取105毫米直径岩心,松科二井的216毫米薄壁钻头取心直径124毫米)取心钻进方法,并创造311毫米口径连续取心超1600米的世界纪录。

专家表示,当井深钻探至5000米后,工作方方面面都面临着前所未有的挑战。

“井温超过230℃时,泥浆抗温指标每提高5℃都是一个技术门槛和成本门槛。”朱永宜介绍,在深部钻探工程中,泥浆非常关键。它起着护壁、携渣、冷却钻具、润滑的重要作用,但它的性能受制于井下温度,井温越高,泥浆配制与维护的难度越大,成本也越高。

当时,在国内并没有这样的先例,松科二井团队和中国地质大学(武汉)的科研人员一步步摸索。其中,由2015年博士毕业后即到勘探技术所工作的许洁主持现场泥浆实验室,并在乌效鸣教授的指导下,将现场实验室升级到国内一流水平。郑文龙博士将现场实验室与学校实验室的工作融合互动,创新了“一个实验两地同时做”的工作方法,即两地同时验证对方的实验可重复性,保证了实验结果的可靠性。

2017年10月11日对于松科二井项目组成员来说,是振奋人心的一天。松科二井钻至6400米,顺利达到设计的深度并突破了当时ICDP的亚洲纪录。接下来怎么办?是否要继续往下打?中国地质调查局党组及松科二井项目组是否还能承担更大的风险和更高级别的挑战?为了更好地实现探索松辽盆地深部资源能源前景、研究深部地质结构、攻克深部钻探技术等目标任务,以及深怀对我国深部探测事业的关切,中国地质调查局党组决定支持工程继续向深部钻进。“我们也想看看自己还能打多深,为以后开展万米深钻积累经验。”朱永宜表示。

得益于松科二井工程创造的攻关“舞台”,如今,我国“深部科学钻探取心技术体系”已经成型,创造深部钻探技术四项世界纪录。这些深部科学钻探技术成果的研发及其应用,对高质量地获取地学研究基础资料,深化我国地质基础理论研究,推出国际水平的学术成果提供了关键的技术支持。

事实证明,7018米,不仅史无前例地展示我国当前深部科学钻探实力,同时,在成果创新与应用过程中培养了一支青年骨干队伍,成为我国深部、超深部科学钻探的基本储备力量。

松科二井远未结束

“穷理以致其知,反躬以践其实。”

松科二井的实施不仅对我国科学钻探工程技术进步有巨大推动作用,还将推动地学各领域及交叉领域的相关技术的进步。

松科二井工程,钻穿白垩纪陆相地层,创造了深部钻探技术四项世界纪录。在此基础上,建立了全球首条厘定的陆相白垩纪综合地质剖面,研究了距今6500万年至1.45亿年间白垩纪地球温室气候和环境变化,为预测未来全球气候变化提供科学依据;建立服务“百年大庆”目标和基础地质研究的“金柱子”,为松辽盆地及其类似盆地的地球物理勘探提供科学“标尺”。

松科二井工程在钻探技术上体现出的高水准以及在科学研究方面的重要意义,得到了中外专家的高度肯定和称赞,这意味着从今以后,我国在这些领域可以发出权威之声。

对松科二井现有成果进行全面、系统、深入、充分的总结和提升,加快成果的转化应用,是公益性地质调查的重要使命,也是松科二井在胜利完成工程阶段,转入后续科研阶段需要把握的重要方向。由中国地质大学(北京)负责的松科二井白垩纪古环境古气候研究及由中国地质调查局深部探测中心负责的深部基础地质和资源能源等方面的研究也相继展开。

中国地质大学(北京)随钻开展了地质研究,在白垩纪古气候研究方向,不断尝试各种定量古温度重建指标,最终确定了定量重建古温度的方法。团队还与美国、德国相关实验室开展了合作并测试大量样品,通过松辽盆地大陆科学钻探获取的岩心,首次重建了相对连续的白垩纪——古近纪界线附近的陆相气候记录,发现了恐龙灭绝机制的新证据。

深部探测中心围绕获得的岩心和相关资料开展综合研究和科学攻关,取得了基础地质研究三项重大进展,发现松辽盆地深部页岩气和干热岩两种清洁能源具有良好的勘查前景。

最终,松科二井工程实施成果和科学研究成果,将由深部探测中心牵头汇总并进行总结,形成有国际影响力和实践指导意义的重大科研报告。

习近平总书记提出,要建设突破型、引领型、平台型一体的国家实验室。这样的国家实验室,应该成为攻坚克难、引领发展的战略科技力量,同其它各类科研机构、大学、企业研发机构形成功能互补、良性互动的协同创新新格局。

据悉,下一步,自然资源部中国地质调查局将加快推进《地球深部探测重大项目》的申报,以及“地球深部探测与能源资源安全”国家实验室与“深部地下观测与实验”国家重大基础科学设施的建设工作,发挥科技创新关键平台作用。同时,借此次成功实施松科二井工程,还将深化地球深部探测理论技术研究和成果转化,组织实施好松辽盆地页岩油(气)、深层油气、砂岩型铀矿、干热岩等清洁低碳能源地质科技攻坚战,带动大庆油田接替资源的勘查开发;研发15000米国产超深钻探装备系列,做好我国超万米大陆科学钻探工程以及大型含油气盆地科学钻探工程的选址和实施工作。

6月1日,黑龙江省委书记张庆伟赴松科二井现场调研,详细了解钻探设备、钻探工艺、钻探技术等有关情况后表示,松科二井是落实习近平总书记“向地球深部进军”重要要求的重大成果,为大庆油田的油气资源接替带来了希望。要谋划将松科二井建设成地学科普基地,加强中间层成果转化利用。

深部探测能力是一个国家科技创新能力的体现,更是人类文明可持续发展的需要。这也意味着,针对松科二井后续的科学探索任重道远?!?/p>

网站编辑:宫莉

  • 俄罗斯金融寡头放弃奢华生活 甘愿当农民[组图] 2018-12-02
  • 拉萨边检站提升通关效率 2018-11-04
  • 央行两会前送降准“红包” 释放流动性超6000亿 2018-11-04
  • “价值由劳动创造≠劳动必然创造价值”错;“价值由劳动创造=劳动必然创造价值”对。 2018-10-25
  • 扎根沙漠的孙晟中创业团队“什么都能省,研发经费不能省” 2018-10-25
  • 候选案例:我是创益人 2018-09-17
  • 中国足球协会青训中心授牌及青训总监聘书颁发仪式 2018-09-07
  • 这种利用能实现国民财富增长么?有哪一个民族是靠炒作自己人崛起的? 2018-08-30
  • 十多次告病危 2岁高危白血病男童盼来“生命火种” 2018-08-21
  • “中国队”已提前到达现场!各商家强势布局俄罗斯世界杯 2018-08-21
  • 三晋史话:曹操是如何统一山西的? 2018-08-19
  • 罗亦农:“残躯何足惜,大敌正当前” 2018-08-12
  • 风水神话的回帖除了对我的攻击以外吗,别的还有什么吗? 2018-07-31
  • 燃!来南京,看中国电科如何燃爆第八届世界雷达展 2018-07-04
  • 空调还装墙壁上?聪明人都是往这里装,好看又省地 ——凤凰网房产 2018-07-03
  • 394| 885| 558| 865| 190| 251| 495| 614| 117| 911|