前苏联的穿透地球计划没有目标,就是测试人类穿透地球的极限深度。
从1989年至今,人类穿透地球的垂直深度纪录一直保持在12262米。但这不是原苏联的深度。最初的深度至少超过15000米,在1974年,开发出了能够达到这一深度的钻机。最后,因为某些原因,一定不能半途而废!
挖穿地球目前有三个限制
第一个:钻井技术
打钻无非是把钻头接在钢管上,然后钻头不断向内旋转,钢管的长度不可能无限增加。200米以上的单节钢管很难制造和运输,所以一般通过连接多节钢管来增加长度。但这种方法只能用于2000-3000米之间的钻井,这是石油勘探中普遍采用的方法。
当钻孔深度超过3千米时,由多根钢管连接的管道不再垂直。
钢管再怎么固定,也会有松动。在钻孔过程中,力的传递会使钢管左右或上下晃动,层层累积,最终导致整条管道整体弯曲。因此,当钻进超过3000公里时,由于钢管的弯曲,大部分扭矩会被削弱,最后传动钻头上的力所剩无几,因此钻井工作将不得不停止。
第二个原因:组成钢管的材料限制
-tt-darkmode-color: #B3B3B3;" class="data-color--tt-darkmode-b3b3b3">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 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。