50多年后才明白:为何当年苏联挖穿地球的梦想,无法进行下去?( 二 )


钻探过程
最初钻探时 , 苏联使用的是乌拉尔马什-4E研发的油井钻井 , 通过改造后 , 可以深入地下7000米 。
但是它的钻头效果并不好 , 于是苏联设计了一款可以深入地下15000米的乌拉尔马什-15000系列钻机 。
即便这样的配置已经十分强大了 , 在1974年投入使用后 , 仍旧钻探得十分困难 。

乌拉尔马什-15000 系列
一次也就钻100米 , 并且为了防止钻头发热严重 , 还需要为其加水降温 。
在钻探到大约9500米深度的时候 , 他们竟然发现了一个含有钻石和黄金的地层 。
其中的黄金含量几乎达到80克/吨 , 是一般金矿含量的20倍左右 。
如果当时苏联能够将这些黄金带出来 , 那简直可以发一笔巨大的横财 , 因为一般含金量达到4克/吨的金矿层就已经具有商业开采价值了 , 而地球表层几乎很少发现含金量超过10克/吨的矿层 。

黄金
但是现实残酷 , 他们并不拥有这样的采矿技术 。
1983年 , 钻探深度终于达到12000米 。
次年 , 当乌拉尔马什-15000钻机才继续钻探了66米 , 但是此时的温度已经达到200多℃ , 钻头几乎要被熔化其中 。
果不其然 , 当钻头接近一个5米长的钻柱时 , 极高的温度使得钻柱变形 , 卡在钻孔中 , 导致钻探工作不得不停滞 。
但是苏联并没有放弃 , 他们耗费6年时间 , 又往地下深入了200多米 。

钻井过程
但是后来碍于资金压力 , 此次计划仍旧被迫停止 , 直到2008年 , 科拉超深钻孔才被金属帽盖住 。
无法进行的原因不过 , 令人感到好奇的是 , 尽管钻探过程艰难 , 但是为何前12000米 , 能够在13年内完成 , 而最后几年为何没办法完成计划中剩下的3000米呢?
温度限制
首先 , 钻探使用的材料受到了严重的限制 , 尽管在理论上 , 苏联发明的钻头可以深入15000米 。

工人钻探过程
但总体使用的材料还是由钢管组成 , 这种金属并非天然形成 , 而是由碳和铁按照一定的比例 , 复合形成的 。
按理说 , 钢材的熔点在1500℃左右 , 比铁的熔点要高 , 而地下的温度 , 即便在10000多米时 , 也仅有200多℃ 。
在这样的温度下 , 应该可以顺利地完成钻探才对 , 但是我们忽略了钢材和岩石摩擦产生的温度 , 以及钻头本身的承受能力 。
当钻探达到2000米的时候 , 钻头受到了严重的摩擦 , 并且在高压的作用下 , 温度可以达到100℃ 。

钻井现场
此时它的结构已经没有很稳定了 , 钻头会随着深度的增加逐渐变软 。
如果温度超过300℃ , 钻头就会变形严重 , 难以工作 , 达到500℃时 , 更是会直接报废 。
技术限制
其次就是技术限制 , 整个钻探过程 , 需要将钻头和钢管进行连接 。
但是钢管的长度没有办法无限增加 , 一般200多米的单节钢管在当时难以制造 , 并且运输也受到限制 。

钻探使用的钢管
所以随着钻探的深度增加 , 苏联就只能采用多节钢管进行连接 , 然而一旦深度超过3000米 , 这种方式连接的管道就无法垂直 。
所以后来的钻探过程 , 钢管都处于不断摇摆中 , 钢管的弯曲会削弱大部分扭矩 , 使得传递到钻头上的力量被大幅削弱 , 所以十分艰难 。
资金限制
再一点就是资金限制 , 美国之前的“莫霍计划”就是因为项目烧钱才结束的 , 而苏联此次的计划也没有准备太多的预算 。

苏联钻探环境
并且他们也没有想到 , 这12000多米的距离 , 竟然会那么耗费钻头 , 生产钻头的速度可能都赶不上报废的速度 , 花费的成本更是巨大无比 。
所以后来在技术、资金和地球本身的限制下 , 苏联挖穿地球的计划就彻底停止了 。
不过 , 这一记录始终被他们保持着 , 如今被吉尼斯世界记录收录为“对地球的最深渗透” 。
即便后来卡塔尔的沙欣油田 , 钻井深度达到12289米 , 但因为不是垂直打孔 , 所以无法取代科拉超深钻孔 。

被尘封的科拉超深钻孔
如今我国在科学钻探计划上 , 其实也有很大成就 , 陆续申请了青海钻探工程、科钻一井和科钻二井等大陆钻探工程 。
其中松科二井更是在2018年 , 钻井深度达到7018米 , 创造了亚洲记录 。
【50多年后才明白:为何当年苏联挖穿地球的梦想,无法进行下去?】未来我们还会继续在这方面探索 , 因为这或许可以为研究地球气候系统在温室气候条件下演变机制找到新证据 。

推荐阅读