本报记者 刘益庆
“地壳一号”正在执行“松辽盆地国际大陆科学钻探项目”。图片来源：吉林大学供图
开场白
党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央深入推动实施创新驱动发展战略，提出加快建设创新型国家的战略任务，确立了2035年建成科技强国的奋斗目标，不断深化科技体制改革，充分激发科技人员积极性、主动性、创造性，大力推进科技自主创新，我国科技事业取得历史性成就、发生历史性变革。
“嫦娥”登月、“天和”留太空、“天问”探测火星、“地壳一号”挺进地球深处、“奋斗者”探索万米深海……我国现代化必须以科技现代化为支撑，实现高质量发展必须依靠科技创新培育新动能。从今天起，本报推出“硬核科技背后的创新故事”专栏。记者深入一线，探寻硬核科技，讲述创新故事，聚焦党的二十届三中全会最新部署，感受科技创新催生的新产业、新模式、新动能，展现广大科技工作者艰苦奋斗、积极投身科技创新事业的精神风貌。
塔克拉玛干沙漠腹地，“地壳一号”钻机轰鸣，8795米深油气钻探即将成功完成。
“打8000米以上深度的井比较难。”吉林大学建设工程学院老师范月帅望着眼前的钻机解释道：“一般的石油钻机打一口5000至6000米深的油井至少要半年时间，而我们这里‘地壳一号’，这口井95天就能完工。”
由过去钻井深度五六千米，发展到今天的八千多米；
以前钻井时间至少要半年，现在只要三个月左右；
从过去的不可企及，到创造了亚洲国家进行大陆科学钻探的纪录；
这台自主研发的科学超深井地面钻机“地壳一号”高60米、面积1万多平方米、钻井深度1万米，是如何诞生的呢？记者进行了探访。
面对一次又一次的挑战——
攻克科研难关 填补科研空白
2014年4月13日午夜，“地壳一号”在黑龙江大庆安达“松科2井”开始钻探。
2015年冬，在“松科2井”钻井现场，“地壳一号”副总设计师、吉林大学建设工程学院教授王庆彦与几名科研骨干人员站在“地壳一号”下，他们焦急地踱步，抬头望着钻机二层平台上的井架和还未安装好的自动铺管机。
本来一两个小时就能完成的任务，因为井架工对设备不熟悉，在寒冷的天空下花了三个多小时才完成。天都快黑了，怎么办呢？王清彦不顾劝阻，亲自从二楼平台下部通过笼子来到安装点。
“起重机把王教授吊到40米高空，相当于十几层楼的高度，天气严寒，寒风怒吼，笼子剧烈晃动，我们满头大汗。”全程参与“地壳一号”万米钻机研制的吉林大学建设工程学院石油工程系主任高克教授说。
太阳快落山的时候，铺管机接口终于接通。“安全落地后，王教授坦言：我怎么能不害怕呢？我恐高，腿软。但为了快速解决问题，我必须亲自上去。”高克回忆道。
类似的故事不胜枚举。项目启动之初，为了尽快拿出设计方案，“地壳一号”总设计师孙友红教授经常和大家讨论到深夜。2013年，在生产企业四川宏华石油装备有限公司，为了加快研发进度，科研人员骑着三轮车，载着“地壳一号”部件，在相隔三四公里的生产、质检、调试车间来回奔波。2013年10月，50多辆大拖车，满载着拆解好的“地壳一号”，从它的“诞生地”四川广汉，运到黑龙江大庆“松科2井”所在地，全程3456.7公里。孙友红全程跟随车队、指挥运输……
自主研发的关键技术与装备成为“地壳一号”万米钻机的核心，研发团队攻克了深钻钻头压力控制精度低、深钻装备转盘转速低、装备自动化程度低三大技术难关，突破了高速全液压顶驱钻井、高精度自动摆杆、钻杆柱高速自动脱卸等多项关键技术。
验收评定中，专家组对“地壳一号”万米钻机给予了高度评价：整机集成化程度高、自动化程度高、运行稳定，填补了我国超深孔科学钻机的空白，全面提升了我国钻机及关键部件的设计、加工水平。
6月23日晚，吉林大学建设工程学院泰来街实践教学基地灯火通明。
这台数米长的钻机样机正在作业。与传统单钻头钻机不同，它拥有两个钻头，以不同方向旋转，可实现扭矩的动态自平衡。高克和同事带着学生记录数据。
“这是我们独创的仿生自平衡钻井工具，这种钻井技术不依赖钻机、钻杆，就能顺利进行，既能保证钻井质量，又能减少能量损耗，尤其在深层钻井中效果更为明显。”高科介绍。目前，此项研究已获得40余项发明专利和5项软件著作权授权。
科研成果逐一突破——
自主创新探索地球深层奥秘
“上天、入地、下海、登顶”，承载着人类探索自然的伟大壮举。
由于地球深处高温、高压、高地应力等极端条件，人类对所处的星球的“内核”知之甚少。
从地表深处挖掘，地球演化的历史被记录在层层岩石中。钻一口科学井并获得圆柱形岩心，就像是对神秘的深层地球进行“微创切片”。
科学钻探是获取地球深部物理信息的唯一手段，获取连续完整的岩心是“地壳一号”重要科学研究任务之一。
为满足深部地球探测工程的重大需求，中国地质调查局启动了“深部探测技术与实验研究专项”，其中一项就是“深部探测关键仪器设备研制与实验”，由“时代楷模”、已故吉林大学教授、博士生导师黄大年担任组长。该项目的课题之一就是研制“地壳一号”万米科学钻机。
2018年，在松科2井现场，“地壳一号”钻至地壳深度7018米，成功提取连续完整岩心，总长度4014米。至此，我国重大钻井装备研发支持创造了亚洲国家实施大陆科学钻探新纪录，成为全球第三个掌握地下1万米科学超深井钻探能力的国家。
高克至今仍记忆犹新：“不同深度的岩层颜色、成分不同，黄色的砂岩、黑色的泥岩……它们记录着地球内部的变化和演化。”
通过对岩心的矿物成分、沉积结构、同位素测量等分析研究，地质科学家恢复了白垩纪的气候和生物生存情景，直接证明了目前各种关于物种大规模灭绝假说的正确性。
除了陆地气候研究，通过“地壳一号”，学者们还看到了科学与产业结合的路子。“松科2井”位于我国最重要的油气盆地之一松辽盆地。在钻探过程中，科研人员在松辽盆地地下发现了厚达102米的页岩气层，其中甲烷平均含量达到86%。在4400至7018米深度处，发现了具备发育条件的盆地型干热岩层，可提供稳定、清洁的地热能源。
井投产后——
产学研结合 助力产业发展
7月4日，“地壳一号”在塔克拉玛干沙漠腹地忙碌着。“此次‘地壳一号’钻探历时95天，单日最高钻探深度达1.6公里，对节约成本、提高效率有很大帮助。”刚从钻探现场回来的范月帅说。
为加速推进我国油气资源勘探开发战略，“地壳一号”万米钻机在圆满完成“松科2井”任务后，于2019年5月奔赴新疆塔里木盆地，开始超深层油气钻探工程任务。截至目前，“地壳一号”万米钻机已完成6口井深8000米以上、1口井深9000米以上作业。
“七口井全部产出油气。”高克自豪地说，“‘地壳一号’在新疆的五年里，表现优异，没有出现过重大技术问题。预计明年‘地壳一号’将回到‘出生地’，进行全面维护和大修。”
高科提到的“发源地”，就是四川宏华石油装备有限公司。
2023年8月，四川宏华石油装备有限公司召开发布会，推出智能钻机1.0样机。这是该公司在“地壳一号”研发基础上，结合市场需求推出的一款智能化商业化石油钻井装备。智能钻机1.0可在钻井、铺管机、顶驱等石油钻井关键环节实现一键联动，提高生产效率。“高校原创能力强，企业研发实力强，校企合作能很好地补齐短板，在促进科技发展的同时，带动装备制造业发展。”四川宏华石油装备有限公司总经理吕岚说。
“地壳一号”钻井机的技术成果还运用在“极光”号极地钻井机上，该钻井机成为我国制造的首座能在零下55摄氏度环境下作业的极地钻井机。“极光”号负责在俄罗斯北极圈亚马尔高寒地区实施油气勘探作业。这是中俄能源合作的重大项目，也是中国提出“一带一路”倡议后实施的第一个海外超大型项目。
本期由杨硕碧协调
版面设计：张丹峰
人民日报（2024年08月04日第04版）
