前苏联打穿地球计划没有目标,就是想测试人类打穿地球的极限深度是多少。
从1989年到今天,人类打穿地球的垂直深度纪录一直维持在12262米。但是这并不是前苏联的原定的深度。原定深度至少超过15000米,并且在1974年已经研发出能达到这一深度的钻机了。最后由于某些原因,不得中途而废!
挖穿地球目前有三个限制
第一个:钻井技术
钻井无非就是一个钻头连接一个钢管,然后钻头不断往里旋转,钢管长度不可能无限增加。超过200米的单节钢管很难制造,也很难运输,所以一般采用多节钢管连接的方式增加长度,但是这种方式只能适用于2000到3000米之间的钻探,一般石油开采用的就是这种方式。
当需要钻探的深度超过3公里,由多节钢管连接成的管道就不再是垂直的了。
因为钢管之间再怎么固定,都会有松动,在钻探的过程中,力的传导会导致钢管之间左右或者上下摇摆,层层积累,最终导致整个管道整体弯曲。所以超过3000公里的钻探会由于钢管的弯曲削弱大部分扭矩,最终传导钻头上的力所剩无几,钻探工作就不得不停滞。
第二个原因:组成钢管的材料限制
顾名思义,钢管是由钢组成的,钢严格来说并不是一种金属,而是铁和碳按照一定比例混合形成的复合材料。
钢材虽然耐高温,但是也是有限制的。越往下钻,由钢构成的钻头受到的摩擦越大,温度就越高,当钻探深度超过2000米时,钻头温度能达到100℃。再继续钻探,温度就越来越高,钻头就越来越软,从而失去强度,然后变形。一般情况下当钻头的温度超过300℃就变形比较严重了。超过500℃,钻头基本上就丧失强度,从而报废。
第三个原因:地球内部的结构限制
地球内部的构造可以简单分为岩石圈,地幔和地核。
岩石圈的表层也就是我们常说的地壳,地壳深度在0到35公里之间。地壳的温度虽然不高,但其组成成分却十分坚固,是由含铁镁的硅酸盐岩石构成。钻头和坚固的硅酸盐岩石摩擦,会造成大量的热,导致钻头快速升温而变形。
前苏联曾经在科拉超深钻孔中,创造了12262米的世界纪录,它们是如何做到钢管不变形的?
首先苏联11262米的记录是在1989年创造的,但并不是一鼓作气直接打到这么深的地方。科拉超深钻孔从1970就开始钻探了。
一开始用的是前苏联乌拉尔马什-4E研发的油井钻井,将该钻机稍微修改,理论上可以钻到地下7000米。
但是这样的深度并不让苏联满意,后来苏联重新设计了一款超强的钻机。也就是大名鼎鼎的乌拉尔马什-15000 系列钻机,理论上可以钻到地下15000米。
乌拉尔马什-15000 钻机
乌拉尔马什-15000 系列钻机从1974年被安装到科拉半岛上以来,也是断断续续地钻探,越深越难钻,一次性也顶多钻100米。1982年10月,钻探深度达到11662米。
1983年深度达到12000米。
钻探的过程为了防止钻头发热严重,还需要不断加水降温,即便不断降温也难以避免地下一万米的高温环境。
1984年,乌拉尔马什-15000 钻机在钻到地下12066米时,在接近钻头的一段5米长的钻柱由于受到高温的作用,导致钻柱变形扭断在钻孔中,钻探工作不得不停滞。然后这个钻孔就被废弃了。
1986年,苏联又在这个钻孔7公里远的地方重新钻探到7000米。1989年,继续钻探,深度达到了12262米。
本来计划到1993年,钻井深度超过15000米,但是由于在12262米继续钻探时,钻机发生了故障,导致钻探工作又得停摆。
第三年苏联解体。由于缺少预算,科拉超深钻孔的最终深度就停留在12262米上。
此后很长一段时间,这一垂直深度一直保持着世界最深的钻孔纪录。
2008年,卡塔尔的沙欣油田的一个钻井长度达到12289米,长度超过科拉超深钻孔的12262米。
但是这只是钻井所需的钢管总长度。卡塔尔油田并不是垂直打孔,虽然长度超过12262,但是钻孔最深处距离地表的垂直高度并没有超过前苏联创造的记录。
如果预算充足,科拉超深钻孔的记录应该会维持在15000米。
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