想象一下向地下钻探万米，或者是潜入深海钻探会是怎么样的，其中又要运用到什么样的技术？

新的一年，随着钻探不断向下突破，戈壁大漠中的技术人员能够告诉我们答案。

万米井此前已开钻

在西北的塔里木油田，万米深井的开钻从2023年5月开始的。深地塔科1井，主要是探索特深层地质，同时为工程科学积累理论。

它的具体位置，在阿克苏地区的沙雅县，所在区域的旁边，就是10亿吨级的超深油气区。油气资源相当庞大，但是深度也超过了8000米。

所以，深地塔科1井的开钻，就等于是为下一步当地油气资源的开采，积累技术经验的。开钻既要探索特深层地质，同时也要在技术上需求突破。

从油气资源开采的角度看，国能的超深层油气资源规模达到了34%，从西北到西南地区，都拥有大型的含油气盆地。无奈这些资源都埋的太深，相对于常规油气资源开采，非常规的开采，是我们在未来必须面临的问题。

在业内的定义中，油气资源的埋藏超过了4500米就被定义为了深井，6000米到9000米的区域，这被定义为超深井。如果井深超过了9000米以上，则被定义为特深井。

我国在塔里木油田的开钻，起步就是特深井级别。不但钻探深，该地的地质结构也很特殊。在挖掘方面，深地塔科1井，使用了国内的特深井自动化钻机，它的作业深度可达12000米，是国内自主研发的第一台面向特深井的钻探设备。

和普通的钻探设备相比，钻机设备的载重能从常规的300到400吨，提高到900吨以上。载重能力提升的同时，面对地下的高温，钻井设备也有应对措施。

为了配合钻机工作，科研人员专门研发了耐超高温工作液，它犹如冷却液体一样，能够让设备耐受地下220℃的超高温。

除此之外，所用的168毫米钻杆，五开井眼井身结构等技术，也都是国内创新研发的。钻探深井，既能积累经验，也能创新和更好的使用核心技术装备。

同时，主要还是为未来的超深层油气资源开采提供应用支持的。在深地塔科1井开钻之前，我国已经在塔里木油田，钻探6000米以上的深井达1700多口，8000米以上的超深井95口。

超深井的数量在全国占比达到了八成以上，所生产的油气资源量，规模占比达到了52%。

深地塔科1井，未来的钻探深度将达到11000米以上，此前规划的钻探周期为457天。从去年5月开钻以后，工程进度一直在有条不紊推进。

钻探过程中创下的多个记录

2023年7月底，深地塔科1井的深度已达到5856米，从8月份开始，工程进入了下一个阶段。技术人员利用70多个小时，顺利进行了下套管作业。

所下套管设备是大吨位的，设备的空重为752吨，浮重为625吨，设备的直径分别为365.12毫米和374.65毫米，复合大尺寸大吨位套管的使用，在塔里木油田乃至全国都还是首次。

到2023年12月底，钻探的深度已经突破9000米。地上，承载钻探设备的钢铁塔架有20层楼高。地下，钻头、钻杆、套管加在一起的总重量则超过了2000吨。

达到9000米，钻头穿过的地质层已经达到了十多个。到达这一区域后，来自地下的各种困难就陡然增加了。

相对于浅层区域，9000米深区域来自岩石的挤压更强，温度相对于浅层区域也更高。钻探设备的工作效率和进度明显下降。

钻探设备用过的钻头

这期间由于高温和高压，部分钻具还出现了损伤，控制设备运转的电子元器件也曾失效。虽然有难度，但是预定的钻探作业还在继续。

到本月13日，钻探的深度已经突破9900米。此刻，地下的温度已经达到了195℃左右，所用钻井液也会因为高温而老化，岩层的压力，更是可以高达230兆帕。

对钻探设备来说，在这种极限条件下作业，每时每刻都在考验着工具和钻井液的性能。最典型的情况就是，钻头更换的频率相比于之前已经高了很多。

而在钻探深度超过9900米后，设备开始使用更坚硬的金刚石钻头。在不断向地下深入的过程中，科研人员也已连续50次取出了地下的古老岩石标本。

钻探取出的岩石碎屑，科研人员都做了分门别类的处理，同时也对多种碎屑进行了研究。

从历史上来看，其他像苏联等国家，也都钻探过万米深井，钻探以后并没有对地层结构构成明显影响。而且我国此前也已经进行了多次深井钻探，结果也能表明深井钻探，并不会诱发地质风险。

钻井设备的不断向下，最终要打通的是塔里木盆地最古老的特深生油层。未来一旦在技术上取得突破，钻探技术不但更上一个台阶，蕴藏在特深地层中的油气资源，也能成为新的宝藏。

除了在陆地上钻探，我国在深海领域的钻探和找矿设备，同样也取得了新进展。

深海采矿设备完成了海试

向深海进发，人类制造的设备同样也要面临极强的高压。我国自行研制的深海采矿车，即将迎来千米的海试。

该采矿车，未来主要用于多金属硫化物的开采，这是一种富含铜、锌、金、银等多种金属的深海矿产，相比于陆地上同类的矿产资源，深海的蕴藏量是陆地的600多倍。

拥有了深海采矿车，未来到海底作业就是妥妥的“捞钱”的。这一设备由杜新光带领团队在研发，整个科研和制造进程已经持续了十多年。

在杜新光看来，设备最大的难题，就是如何承受来自深海强大的压力。在海洋中，每下降一定区域，面临的水压就会增加，超过3000米，即使全是金属的采矿车，它所面临的压力也将达到300个大气压强。

现在杜新光团队研究的设备一切准备就绪，春节之后就要进行海底测试。除了杜新光团队研发的设备外，上海交通大学研发的深海重载作业采矿车，此前在2021年8月已完成了深海测试。

上海交通大学研发的设备名为“开拓一号”，海试是在西沙海域进行的，深度达到了1300米，全程自动化操控。采矿车不需要人工操控，根据预先设定好的程序，可以在海底自主行走。

测试过程中，开拓一号被分别放置在了不同的水域中，从108米到246米，再到968米，最终达到1305米的深度。

在不同的水域，开拓一号都顺利完成了布放回收、海底路径规划和自主行走、海底矿石采集和沉积物取样等试验。

设备成功通过了高压电力供给、深水大功率液压、信号传输和智能控制、水下布放回收姿态自动控制、水下行走和矿石采集等关键技术测试。

在深达千米的海底，开拓一号无需人工操控，根据先期的指令，就能自主的行走和完成各种规定指令，这运用了最先进的海底智能自主行走技术。智能控制系统就是开拓一号的大脑，能够指挥并实施各种指令。

西沙海域的海底，地形条件很复杂，设备则成功完成了复杂行走路线，凸显出采矿车的智能控制水平和海底作业能力很高。

海试的成功，标志着深海采矿车向工程化和智能化方面迈出了关键的一步。

我国的深海作业设备虽然接连取得成功，但是和陆地开采油气资源不同的是，深海采矿还有来自其他方面的难题。

深海采矿面临的几大难点

随着陆地资源的逐步短缺甚至枯竭，海洋资源越来越成为全世界关注的重点。上世纪60年代，各国的科学家，就把目光瞄向了海底的多金属矿产。但由于开采深度动辄到4000米以上，深度还是会让人望而却步的。

此后，地质学家又从海底发现了活跃的热液矿，其中富含多种金属元素。但同样由于技术问题，实现工业化开采很难。

从难度来看，技术瓶颈是绕不开的难点。国内的海洋地质学家指出，深海采矿的深度通常可达到6000米，海上的风浪和洋流等自然条件，会对船舶、采矿车、管道等设备造成全方位的影响。

就技术来看，深海采矿车的定位问题，协同控制以及精准跟踪等方面，技术要求都很高。我国的一些设备虽然完成了海试，但要真正应用还有很长的路要走。

技术难度还伴随着开采费用的昂贵。2012年以来，加拿大的一家公司在某处海底的断裂带开采多金属矿产。截止到2023年的开采量有3000多吨，但花费却早已突破了3亿美元。

如此高昂的成本，目前还没有解决的办法。而除了技术难点和成本之外，各国对深海采矿，还非常担心环境影响。

海洋不同于陆地，一旦对生态系统造成重大破坏，如何修复以及应对，目前各国都没有成熟方案。像法国和智利等国家此前已明确表示，不同意现在对深海矿产资源进行商业开采，认为由此带来的潜在风险将不可承受。

不过也有人对此提出了相反观点，认为海洋采矿相比于陆地开采，对环境的影响要小。他们列举在印尼的热带雨林地区采矿，其带来的环境危害要比海洋采矿大。

存在争议，再加上技术还不成熟，所以围绕深海采矿，目前各国都还处在规划和研究阶段，并没有大的实质性行动。

结语

下一步，不管是陆上特深井油气资源，还是深海采矿，技术支持永远是最关键的。只要具备了成熟的技术，未来是否使用，都能轻松应对。

西北大漠里的特深井还在继续钻探，另外的深海采矿车设备就要海试，新的技术在不断开创，只有它们存在，才能构成国家未来发展的真正基底。

参考资料：

《入地、下海，“中国深度”！新春伊始 一批大国重器取得新突破》 极目新闻 2024年2月14日

《我国首口万米科学探索井深地塔科1井正式开钻》 人民网 2023年5月31日

《深海采矿有多难》 环球杂志 2023年10月8日