日报标题：想看看地球里面长什么样，我钻个洞就行吗？ 知乎用户，素质真是差+无预警拉黑脑缺+玻璃心+定期清空黑名单~ 不管挖井也好，钻井也罢，最重要的环节并不是钻头 / 挖掘机能耐多高温度，而是如何固井。 所谓固井，是指向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业。固井的作用是，支撑井壁防止垮塌、隔绝地层流体外渗或者流出。用通俗的语言来说，就是支撑岩体和防止渗水泡油瓦斯突出。 一口石油钻井是如何钻出来的？业外人士可能并不清楚。我用几个简单的图来说明。 1. 钻头掘进，同时注入加压泥浆。泥浆润滑钻头、给钻头降温、给井壁加压防止垮塌（根据钻进深度不同，地层压力和渗透性会发生变化，就需要随时调整泥浆压力和成分）、将钻井产生的碎渣带出。 2. 取出钻头，进行固井作业。即下套管注水泥。水泥从套管和井壁之间的空间向上返，并最终凝固在此处，同套管一起完成对井壁的封闭。 3. 下钻，继续掘进。转开前期固井形成的水泥井底向下继续钻。 4. 取出钻头，进行固井作业。 直至打到目的井深，最后一次固井，然后完井撤退。这里忽略了测井。 所谓套管，就是一种特制钢管，塞进地下后就不再取出，是钻井过程中的耗材。它要具有相当的抗压强度和抗腐蚀性。配合特制水泥一起固定井壁。试图单纯利用混凝土井壁对抗地下岩层的压力是没有前途的。很简单的常识——钢管的抗挤压性能要远好于同等厚度的混凝土。如果单纯的混凝土 / 水泥有效，为何还要把以吨计算的特种钢管塞进地下呢？ 更别提地下的流体和高温环境了，混凝土的实际抗压性能会大大减弱。抵抗不了地层压力的结果是井壁突出和井壁垮塌，也就是说，不用钢管做固定，没挖几千米就给埋了。 然而，套管的强度和什么有关？是的，直径，壁厚，以及钢材本身的性质。这个讨论忽略钢材性质的差异。毕竟比的是混凝土和钢。 出处：套管抗挤强度分析及计算 一般地层压力系数大概是每千米 10-20Mpa，压力高一些的地区可能在 20-40Mpa。10000m 以下的压力在 100-400Mpa 不等。为了和谐，随便取个 300，径厚比 5。 换句话说，两米直径的超级钻头（我就不说盾构机了）钻到了 10000m 处，屁股后面需要一根 2.5m 内径，壁厚 50cm 的超级钢管来固井——浪费原料了不是。100km 呢？且不说压力了，高温高压下套管都软了吧！ 然后，细心的朋友应该发现，井身的直径是在逐渐变小的。 也就是说，为了达到万米井身还有 2m 的井身内径，地表的井身直径可能需要 10m？20m？那得需要多少钢材在上部地层做套管，这美丽的径厚比呀……我算不出来了。更别说此等挖掘产生的土方量，堆到哪里都是个问题。 所以题主的设想存在几个巨大的问题： 1. 单纯的混凝土的抗压性能远不如同等体积的金属件（钢管），特制硬质套管（我就不说钢管了）是必须的，这也是石油工业百年实践的结论。除非能开发某种特制新材料彻底取代套管 + 水泥环的组合，并对钻井工艺做出根本革新。 2. 直径太大后，基于现有钢制套管挤毁压力下的径厚比，对原料的消耗将会是一场噩梦。我就不算填这么个坑要用多少泥浆和水泥了。经济上不可接受。 3. 过大的直径会带来巨大的挖掘量。永远不要小瞧土方量这个东西。 以上的讨论基于压力的角度，我还没有提地下恶劣的流体环境。之所以使用套管，一个重要原因是它可以彻底隔绝井壁渗出的流体，而混凝土和水泥，很遗憾，都做不到这一点。 钻井这件事，没有想象中那么简单。这是一个成熟的，有一百多年历史的专门工学学科。讲道理的说，业内专家都做不到的事，业外人士脑洞就不要开的太大了。 那么，制约钻井深度的原因是什么？ 说白了，就是地层压力。 首先是钻杆无法承受，其次是套管无法承受。第三是钻机，不过这个可以继续改进。 现有材料的极限制约了人类向地下深部的钻井。 温度其实不是大问题——毕竟钻井时会灌入加压泥浆来降温。主要是钻井完了以后，留在井下的套管要承受高温高压，超过现有材料的极限。 第二个问题，钻深井有没有意义？ 有！当然有意义。 但如果不取岩心，意义降低 80%…… 挖个洞意义不大，重要的是要亲眼看看洞壁上有什么东西。 这就是为什么大庆的松科 2 井区区 6000 多米的设计井深也把牛皮吹破天的原因，“超深科研探井”——塔里木油田一众 8000m 以上的井都笑了——人家牛逼之处不在深，而在全井取岩心。 寻常的钻井，钻头将岩石打碎后，破碎的岩屑随着泥浆返回地面。地质人员通过记录这些岩屑的岩石类型，对地下钻遇地层的进行地质描述。但这里有一些问题—— 1. 深度不可信——打碎的石渣渣能反映多精确的深度信息？A 层砂岩，B 层花岗岩。在地面返回的泥浆里，这两种石渣渣都找到了，然而深度嘛…… 2. 破碎的岩石，无法反应古生物化石、岩石结构特征、沉积构造、裂缝特征等信息。这些需要完整岩石才有得玩。 3. 破碎混杂的岩屑，对实际测年、同位素地球化学研究带来难度，主要是层位和深度的不准确。 4. 无法通过岩屑测量古地磁。 类似的问题我还可以列举一大堆，总之，岩屑所包含的地质信息少之又少，相比完整岩心，说只有岩心 20% 的意义并不离谱。有人说我们还有各种测井——没错！测井可以准确反映深度和岩性变化，但是也只能获取岩心信息的 50% 左右？ 这是岩心和岩屑的对比—— 谁包含更多的地质信息，一目了然。 所以，若想了解地下，呼哧呼哧用普通牙轮钻一顿打井，那并没有什么卵用。必须要上取芯起器和取芯钻头。反正就是烧钱嘛，尽管烧，地学狗对此喜大普奔。全国的石油钻井从明天起全取芯我都没意见，233333333333。 阅读原文
