人類對地球內部的探索能達到什麼程度？鑽深井研究地球內部有沒有意義？

不管挖井也好，鑽井也罷，最重要的環節並不是鑽頭/挖掘機能耐多高溫度，而是如何固井。

所謂固井，是指向井內下入套管，並向井眼和套管之間的環形空間注入水泥的施工作業。固井的作用是，支撐井壁防止垮塌、隔絕地層流體外滲或者流出。用通俗的語言來說，就是支撐岩體和防止滲水泡油瓦斯突出。

一口石油鑽井是如何鑽出來的？業外人士可能並不清楚。我用幾個簡單的圖來說明。

1.

1.鑽頭掘進，同時注入加壓泥漿。泥漿潤滑鑽頭、給鑽頭降溫、給井壁加壓防止垮塌（根據鑽進深度不同，地層壓力和滲透性會發生變化，就需要隨時調整泥漿壓力和成分）、將鑽井產生的碎渣帶出。

2.取出鑽頭，進行固井作業。即下套管注水泥。水泥從套管和井壁之間的空間向上返，並最終凝固在此處，同套管一起完成對井壁的封閉。

3.下鑽，繼續掘進。轉開前期固井形成的水泥井底向下繼續鑽。

4.取出鑽頭，進行固井作業。

直至打到目的井深，最後一次固井，然後完井撤退。這裡忽略了測井。

所謂套管，就是一種特製鋼管，塞進地下後就不再取出，是鑽井過程中的耗材。它要具有相當的抗壓強度和抗腐蝕性。配合特製水泥一起固定井壁。試圖單純利用混凝土井壁對抗地下岩層的壓力是沒有前途的。很簡單的常識——鋼管的抗擠壓性能要遠好於同等厚度的混凝土。如果單純的混凝土/水泥有效，為何還要把以噸計算的特種鋼管塞進地下呢？

更別提地下的流體和高溫環境了，混凝土的實際抗壓性能會大大減弱。抵抗不了地層壓力的結果是井壁突出和井壁垮塌，也就是說，不用鋼管做固定，沒挖幾千米就給埋了。

然而，套管的強度和什麼有關？是的，直徑，壁厚，以及鋼材本身的性質。這個討論忽略鋼材性質的差異。畢竟比的是混凝土和鋼。

出處：

出處：套管抗擠強度分析及計算

一般地層壓力係數大概是每千米10-20Mpa，壓力高一些的地區可能在20-40Mpa。10000m以下的壓力在100-400Mpa不等。為了和諧，隨便取個300，徑厚比5。

換句話說，兩米直徑的超級鑽頭（我就不說盾構機了）鑽到了10000m處，屁股後面需要一根2.5m內徑，壁厚50cm的超級鋼管來固井——浪費原料了不是。100km呢？且不說壓力了，高溫高壓下套管都軟了吧！

然後，細心的朋友應該發現，井身的直徑是在逐漸變小的。 也就是說，為了達到萬米井身還有2m的井身內徑，地表的井身直徑可能需要10m？20m？那得需要多少鋼材在上部地層做套管，這美麗的徑厚比呀……我算不出來了。更別說此等挖掘產生的土方量，堆到哪裡都是個問題。

所以題主的設想存在幾個巨大的問題：

1.單純的混凝土的抗壓性能遠不如同等體積的金屬件（鋼管），特製硬質套管（我就不說鋼管了）是必須的，這也是石油工業百年實踐的結論。除非能開發某種特製新材料徹底取代套管+水泥環的組合，並對鑽井工藝做出根本革新。

2.直徑太大後，基於現有鋼製套管擠毀壓力下的徑厚比，對原料的消耗將會是一場噩夢。我就不算填這麼個坑要用多少泥漿和水泥了。經濟上不可接受。

3.過大的直徑會帶來巨大的挖掘量。永遠不要小瞧土方量這個東西。

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以上的討論基於壓力的角度，我還沒有提地下惡劣的流體環境。之所以使用套管，一個重要原因是它可以徹底隔絕井壁滲出的流體，而混凝土和水泥，很遺憾，都做不到這一點。

鑽井這件事，沒有想像中那麼簡單。這是一個成熟的，有一百多年歷史的專門工學學科。講道理的說，業內專家都做不到的事，業外人士腦洞就不要開的太大了。

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那麼，制約鑽井深度的原因是什麼？

說白了，就是地層壓力。

首先是鑽桿無法承受，其次是套管無法承受。第三是鑽機，不過這個可以繼續改進。

現有材料的極限制約了人類向地下深部的鑽井。

溫度其實不是大問題——畢竟鑽井時會灌入加壓泥漿來降溫。主要是鑽井完了以後，留在井下的套管要承受高溫高壓，超過現有材料的極限。

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第二個問題，鑽深井有沒有意義？

有！當然有意義。

但如果不取岩心，意義降低80%……

挖個洞意義不大，重要的是要親眼看看洞壁上有什麼東西。

這就是為什麼大慶的松科2井區區6000多米的設計井深也把牛皮吹破天的原因，「超深科研探井」——塔里木油田一眾8000m以上的井都笑了——人家牛逼之處不在深，而在全井取岩心。

尋常的鑽井，鑽頭將岩石打碎後，破碎的岩屑隨著泥漿返回地面。地質人員通過記錄這些岩屑的岩石類型，對地下鑽遇地層的進行地質描述。但這裡有一些問題——

1.深度不可信——打碎的石渣渣能反映多精確的深度信息？A層砂岩，B層花崗岩。在地面返回的泥漿里，這兩種石渣渣都找到了，然而深度嘛……

2.破碎的岩石，無法反應古生物化石、岩石結構特徵、沉積構造、裂縫特徵等信息。這些需要完整岩石才有得玩。

3.破碎混雜的岩屑，對實際測年、同位素地球化學研究帶來難度，主要是層位和深度的不準確。

4.無法通過岩屑測量古地磁。

類似的問題我還可以列舉一大堆，總之，岩屑所包含的地質信息少之又少，相比完整岩心，說只有岩心20%的意義並不離譜。有人說我們還有各種測井——沒錯！測井可以準確反映深度和岩性變化，但是也只能獲取岩心信息的50%左右？

這是岩心和岩屑的對比——

誰包含更多的地質信息，一目了然。

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