地壳一号(吉林大学研发的大陆科学钻机)

地壳一号是由吉林大学自主研发设计、四川宏华石油设备有限公司制造生产的中国首台万米大陆科学钻探设备。其占地1万多平方米，高60米，钻进能力可达到1万米，主要用于松辽盆地国际大陆科学钻探工程、地球演变和古气候研究、中国地壳的立体探测、能源探测等方面的研究。

2009年，吉林大学开始研发“地壳一号”。2013年3月27日，地壳一号自动摆排管机顺利通过验收；同年10月15日，50辆大型拖车装载着被分拆成零件的地壳一号从四川省广汉市出发前往东北。次年4月13日，地壳一号在位于松辽盆地的松科二井现场实施开钻作业。2018年，松科二井正式完井；同年6月2日，地壳一号完钻井深7018米，创亚洲国家大陆科学钻井新纪录，标志着中国成为继俄罗斯和德国之后，世界上第三个拥有实施万米大陆钻探计划专用装备和相关技术的国家。2019年5月至2024年7月，地壳一号在新疆塔里木盆地分别完成了6口完钻井深超8000m和1口井深超9000m的油气钻井工程。

地壳一号的成功研制解决了中国深部钻探装备转盘回转速度低、设备自动化程度低和深部钻探钻头压力控制精度低的三大技术难题，填补了中国在深部大陆科学钻探装备领域空白，提高了中国超深井科学钻探装备的技术水平。

历史沿革

研发背景

科学钻探是获取地球深部物质、了解地球内部信息最直接、有效、可靠的方法，是地球科学发展不可缺少的重要支撑，也是解决人类社会发展面临的资源、能源、环境等重大问题不可缺少的重要技术手段。20世纪70年代以来，很多发达国家陆续实施多项科学钻探计划。而大陆科学钻探工程开始于20世纪60年代初，中国最深的科学钻探孔为CCSD-1孔，深度仅为5158米。

因此为满足地球深部探测工程的重大需求，中国于2009年启动了“深部探测技术与实验研究专项”，其中第九项目“深部探测关键仪器装备研制与实验”由吉林大学教授、博士生导师黄大年担任负责人，该项目的第五课题“深部大陆科学钻探装备研制”由时任吉林大学副校长孙友宏教授担任负责人，联合四川宏华集团，经过4年多的努力，研发出中国首台万米大陆科学钻探专用装备——“地壳一号”万米钻机。

发展历程

2013年3月27日，深部探测专项（SinoProbe）组织中外同行专家，对吉林大学承担的“深部大陆科学钻探装备研制”课题的阶段性研究成果“地壳一号”自动摆排管机进行了现场验收，并最终顺利通过验收。同年10月15日，50辆大型拖车装载着被分拆成零件的地壳一号从四川省广汉市出发前往黑龙江省安达市，执行“松辽盆地白垩纪大陆科学钻探”“深部大陆科学钻探装备研制”等多项科学研究任务。10月19日，地壳一号被运达黑龙江省安达市松科2井施工现场，宏华集团从中国各井场抽调技术骨干，在中国国家深部探测课题组、吉林大学建设工程学院相关专家的指导下，克服雪雾等不利条件，经过近40天的紧张施工，顺利完成吊装施工工序。

2014年4月10日，地壳一号完成了钻机的现场调试工作。同月13日零点，地壳一号在位于松辽盆地的松科二井现场实施开钻作业。2018年，松科二井正式完井，超额完成预定目标，在理论、技术、工程、装备等方面均实现了重大突破，极大地提升了中国地球深部探测的能力和影响力。同年6月2日，地壳一号正式宣布完成“首秀”，以完钻井深7018米创亚洲国家大陆科学钻井新纪录，标志着中国成为继俄罗斯和德国之后，世界上第三个拥有实施万米大陆钻探计划专用装备和相关技术的国家。2019年5月至2024年7月，地壳一号在新疆塔里木盆地分别完成了6口完钻井深超8000m和1口井深超9000m的油气钻井工程。

基本构造

地壳一号占地1万多平方米，高60米，钻进能力可达到1万米，其设备拆解包装为126件，总体积6000余立方米，总重量达1500多吨。其中长度超过10米的结构件有33件，单件最大长度为13米，单件最大重量约40吨。地壳一号万米钻机将石油钻井装备和先进的地质钻探技术有机结合，主体由现有成熟的特深孔石油钻井装备关键部件优化改进而成。

地壳一号拥有高速大扭矩全液压顶部驱动钻井装置、主辅电机控制钻压装置、悬挂式塔上钻柱自动排放装置、井口钻具自动拧卸装置、举升式自动运送钻具装置等，地壳一号全液压顶驱是 “ 地壳一号 ” 万米钻机的核心组成部分，该装置采用现代机电液一体化技术完成设计，主体由提升装置、遥控内防喷器、手动内防喷器、主传动系统、回转头总成、卡盘式背钳、可开合滑车、水龙头总成等部件组成。

关键技术

地壳一号主要包括全液压顶部驱动钻进技术、钻杆柱自动摆排管技术、钻具自动拧卸技术和钻具自动送进技术。

主要功能

地壳一号采用国际先进水平的机电数字一体化设计，充分发挥先进的数控电传优势，简化机械结构。其主要功能实现数字控制，具备信息化、智能化功能。钻机功率配备大、能力强，可最大限度满足钻井新工艺的要求，提高钻井时效。通过地壳一号可完成松辽盆地白垩纪大陆科学钻探工程，开展连续高分辨率陆相沉积记录和温室气候变化研究；这也是国际大陆科学钻探计划(ICDP)在中国资助的第三个项目，可兑现中国政府对国际大陆科学钻探计划(ICDP)的承诺；同时也是国土资源部深部探测技术与实验研究专项中深部大陆科学钻探装备研制课题的试验项目，可完成该课题所有研究内容的生产试验任务。

地壳一号通过钻头的掘进，从而获得地下不同深度的岩芯，借此可以研究地下岩层的性状，进而可以得知地下的地质情况，在寻找矿产资源、研究地质时期气候变迁和地球演变方面具有重要作用。

应用领域

地壳一号主要用于松辽盆地国际大陆科学钻探工程，除进行地球演变和古气候研究，还用于中国地壳的立体探测、能源探测等方面的研究。

价值意义

地壳一号以完钻井深7018米创亚洲国家大陆科学钻井新纪录，标志着中国成为继俄罗斯和德国之后，世界上第三个拥有实施万米大陆钻探计划专用装备和相关技术的国家。它的成功研制解决了中国深部钻探装备转盘回转速度低、设备自动化程度低和深部钻探钻头压力控制精度低的三大技术难题，突破了高转速全液压顶部驱动钻进、高精度自动化摆排管、高速度钻杆柱自动拧卸输送和高精度自动送钻四大深部钻探装备关键技术，形成了具有自主知识产权的高性能深部科学钻探装备和配套装置，填补了中国在深部大陆科学钻探装备领域空白，提高了中国超深井科学钻探装备的技术水平。其被形象地誉为了解地球内部信息的“望远镜”，也是吉林大学校企合作、产学研用相结合的重要标志性成果。