53年後才終于明白:為何當年蘇聯挖穿地球的夢想,無法進行下去?

前蘇聯打穿地球計畫沒有目標,就是想測試人類打穿地球的極限深度是多少。

從1989年到今天,人類打穿地球的垂直深度紀錄一直維持在12262米。但是這並不是前蘇聯的原定的深度。原定深度至少超過15000米,並且在1974年已經研發出能達到這一深度的鑽機了。最後由于某些原因,不得中途而廢!

挖穿地球目前有三個限制

第一個:鑽井技術

鑽井無非就是一個鑽頭連接一個鋼管,然後鑽頭不斷往裡旋轉,鋼管長度不可能無限增加。超過200米的單節鋼管很難製造,也很難運輸,所以一般採用多節鋼管連接的方式增加長度,但是這種方式只能適用于2000到3000米之間的鑽探,一般石油開採用的就是這種方式。

當需要鑽探的深度超過3公里,由多節鋼管連接成的管道就不再是垂直的了。

因為鋼管之間再怎麼固定,都會有鬆動,在鑽探的過程中,力的傳導會導致鋼管之間左右或者上下搖擺,層層積累,最終導致整個管道整體彎曲。所以超過3000公里的鑽探會由于鋼管的彎曲削弱大部分扭矩,最終傳導鑽頭上的力所剩無幾,鑽探工作就不得不停滯。

第二個原因:組成鋼管的材料限制

顧名思義,鋼管是由鋼組成的,鋼嚴格來說並不是一種金屬,而是鐵和碳按照一定比例混合形成的復合材料。

鋼材雖然耐高溫,但是也是有限制的。越往下鑽,由鋼構成的鑽頭受到的摩擦越大,溫度就越高,當鑽探深度超過2000米時,鑽頭溫度能達到100℃。再繼續鑽探,溫度就越來越高,鑽頭就越來越軟,從而失去強度,然後變形。一般情況下當鑽頭的溫度超過300℃就變形比較嚴重了。超過500℃,鑽頭基本上就喪失強度,從而報廢。

第三個原因:地球內部的結構限制

地球內部的構造可以簡單分為巖石圈,地幔和地核。

巖石圈的表層也就是我們常說的地殼,地殼深度在0到35公里之間。地殼的溫度雖然不高,但其組成成分卻十分堅固,是由含鐵鎂的矽酸鹽巖石構成。鑽頭和堅固的矽酸鹽巖石摩擦,會造成大量的熱,導致鑽頭快速升溫而變形。

前蘇聯曾經在柯拉超深鑽孔中,創造了12262米的世界紀錄,它們是如何做到鋼管不變形的?

首先蘇聯11262米的記錄是在1989年創造的,但並不是一鼓作氣直接打到這麼深的地方。柯拉超深鑽孔從1970就開始鑽探了。

一開始用的是前蘇聯烏拉爾馬什-4E研發的油井鑽井,將該鑽機稍微修改,理論上可以鑽到地下7000米。

但是這樣的深度並不讓蘇聯滿意,後來蘇聯重新設計了一款超強的鑽機。也就是大名鼎鼎的烏拉爾馬什-15000 系列鑽機,理論上可以鑽到地下15000米。

烏拉爾馬什-15000 鑽機

烏拉爾馬什-15000 系列鑽機從1974年被安裝到柯拉半島上以來,也是斷斷續續地鑽探,越深越難鑽,一次性也頂多鑽100米。1982年10月,鑽探深度達到11662米。

1983年深度達到12000米。

鑽探的過程為了防止鑽頭髮熱嚴重,還需要不斷加水降溫,即便不斷降溫也難以避免地下一萬米的高溫環境。

1984年,烏拉爾馬什-15000 鑽機在鑽到地下12066米時,在接近鑽頭的一段5米長的鑽柱由于受到高溫的作用,導致鑽柱變形扭斷在鑽孔中,鑽探工作不得不停滯。然後這個鑽孔就被廢棄了。

1986年,蘇聯又在這個鑽孔7公里遠的地方重新鑽探到7000米。1989年,繼續鑽探,深度達到了12262米。

本來計畫到1993年,鑽井深度超過15000米,但是由于在12262米繼續鑽探時,鑽機發生了故障,導致鑽探工作又得停擺。

第三年蘇聯解體。由于缺少預算,柯拉超深鑽孔的最終深度就停留在12262米上。

此後很長一段時間,這一垂直深度一直保持著世界最深的鑽孔紀錄。

2008年,卡達的沙欣油田的一個鑽井長度達到12289米,長度超過柯拉超深鑽孔的12262米。

但是這只是鑽井所需的鋼管總長度。卡達油田並不是垂直打孔,雖然長度超過12262,但是鑽孔最深處距離地表的垂直高度並沒有超過前蘇聯創造的記錄。

如果預算充足,柯拉超深鑽孔的記錄應該會維持在15000米。

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