《3D打印离子体智能钻井方法》国际专利技术产业化
项目简介

一、项目背景：
在冷战的60年代，随着太空竞赛不断升温，另一项竞赛也慢慢展开，这就是“地心争夺战”。美苏尝试着钻到所谓的莫霍界面（即地球外壳与地幔之间的界线“Mohorovicic Discontinuity”，它是通常呈现固体形态的外壳和充满岩浆的地幔之间的一个理论性分界线）。
前苏联在人迹罕至的科拉半岛，于1970年开钻，1992年结束，历时22年，最终钻到地壳内部约12262米深处，它曾是世界上最深的钻孔，这个记录在2008年和2011年分别被卡塔尔的阿肖辛油井（12,289米）和俄罗斯在库页岛的Odoptu OP-11油井（12,345米）两次被打破。
全世界约有90多台9000米以上的特深井钻机，美国就占80多台。其中8台钻深超过10668米，但至今美国钻孔的深度没有突破12000米。
迄今为止，全世界已钻成8000米以上的超深井共计12口，其中美国6口，前苏联2口，挪威1口，卡塔尔1口，德国1口，中国1口（2016年3月中国石化马深 1 井 8 418 m，也是亚洲最深的井）。
自古以来，上天、入地、下海就是人类挑战自然界的三大壮举。近50年来，人类已经踏上了月球，并且将太空探测器送到了太阳系边缘；载人潜水器也已到达10911米深的马里亚纳海沟。但是我们对于脚下的陆地却不甚了解。迄今为止人类最深的钻井深度为12,345米，甚至连地壳都没能钻透。可以说是“上天有路，入地无门”。科学家只能通过研究地震波、地磁波、火山爆发，以及地质环境模拟计算，来解释地球内部的秘密。
2015年07月中国地质科学院地球深部探测中心成立。
2017年5月15日，由国家地热中心主任曹耀峰院士主持召开的“干热岩地热能勘探开发关键技术研究”立项论证会。该项目共设立5个课题，由中国石化石油工程技术研究院、中国石化石油勘探开发研究院、中国石化集团新星石油责任有限公司共同承担。该项目紧密结合地热领域开发利用的技术瓶颈和国家十三五科技发展战略规划目标，推进干热岩在勘探、钻探、测试、评价及示范等方面技术研发。
国家重点研发计划“地热智能井钻完井关键技术与优化设计平台”暨高等学校学科创新引智计划“深部地热资源开发基础研究”启动和实施方案研讨会于2017年5月19日在北京中国石油大学隆重召开。会议主办方是中国石油大学（北京）和中石化集团新星石油有限责任公司；油气资源与探测国家重点实验室和CNPC水力能量增产钻完井技术研究室承办。该项目是由科技部国际合作司和教育部立项，国内由中国石油大学和中石化联合承担
《国土资源“十三五”科技创新发展规划》，在“十三五”期间，我国将向地球深部进军，全面实施深地探测、深海探测、深空对地观测战略，争取2030年成为地球深部探测领域的“领跑者”。
原中国地质科学院副院长、地调局深地探测研究中心研究员董树文：“咱们国家领土之下3到10公里的资源，咱们只要取2%，就可以供咱们用5000多年。”
“揭开地球深部的奥秘，把视野延伸到深部，才能更加有效地寻找资源、减轻灾害。”中国地质科学院研究员、中国科学院院士李廷栋表示。
中国科学院地质与地球物理研究所固体矿产资源研究室主任刘建明研究员说，在地球深部，仅固体矿产资源就包括非金属、金属矿产，同时还有地下水、地热、石油天然气等能源物质。“目前正处于由地表矿向深部矿的转型期，原有的技术理论很难适用，必须创新。”刘建明认为。被形容为“地球探针”的超深钻探技术是探究地球深部的一个途径，可用来实现地质科学研究、深部资源勘查、自然灾害预测等重大发现。除了“地球探针”，在探地技术上，最关键是地球物理探测技术，不仅可以用于找矿，也可以应用到地球深部的石油、天然气、地下水等能源勘察方面。
习近平总书记在2016年5月30日召开的全国科技创新大会上指出：“从理论上讲，地球内部可利用的成矿空间分布在从地表到地下1万米，目前世界先进水平勘探开采深度已达2500米~4000米，而我国大多小于500米，向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题。”
2015年12月5日，一个由12个国家的30多位科学家组成的科考团队乘坐决心号”大洋科学钻探船，在西南印度洋亚特兰蒂斯浅滩的地方，开始了人类科学史上具有里程碑意义的科考行动——大洋钻探。根据本轮大洋科考的规划，“决心号”大洋科学钻探船的最终目标就是钻穿地壳，“触摸”地幔，但目前钻深没有超过1700米（亚特兰蒂斯浅滩地壳厚度约3000米）。
地核的温度可达5000°C，地球内部的总热能量，约为全球煤炭储量的1.7亿倍。每年从地球内部经地表散失的热量，相当于1000亿桶石油燃烧产生的热量。莫霍面（陆地地下约35Km,大洋地下约5Km）的温度约900—1000 C°。地表常温层（距地面约15米）以下约15公里范围内，地温随深度增加而增高，地热平均增温率约为3°C/100米。不同地区地热增温率有差异。
鉴于世界范围内的能源短缺，地热资源受到世界各国的高度重视而作为国家战略。常规的高温地热资源受地质条件制约分布有限，而存于地下3—10Km的干热岩，从理论上讲，随着地球向深部的地热增温，任何地区达到一定深度都可以开发出干热岩，因此干热岩又被称为是无处不在的资源。
利用EGS(增强地热系统)技术开发干热岩地热资源是前瞻性的世界前沿技术，设计相距数百米钻两个4000米(或更深)的深井，用“压裂”技术在两井之间造出连通的人工裂隙，然后从一井注入冷水，另一井中就能产出高温蒸汽和热水，供地热发电等。美国称之为21世纪地热能的未来，将在2050年在美国完成1亿千瓦装机容量。中国设计了15%的美国指标，至2050年实现1500万千瓦干热岩EGS发电。
地热能由于不受天气影响、随时可开采利用，地热发电平均利用效率达73%，是太阳光伏发电的5.4倍、风力发电的3.6倍。因此国际能源专家普遍认为，预计到2100年，地热利用将在世界能源总值中占30%～80%。
目前无论是特、超深井钻探、油气田开采或是地热能开采等，基本均通过机械转盘式或顶驱等钻井技术，其主要设备包括钻头、管汇、钻杆、固控、泥浆、动力等。由于超深井地下温度高，影响泥浆性能、钻杆机械强度要求高，机械钻速慢。在上述机械钻孔、泥浆护壁、排岩屑等方法的基础上，提出采用超高压、高速喷射破岩技术、旋冲钻井技术、离子体高温熔融钻井技术、离子通道钻井技术、激光钻井技术甚至核子钻井技术等，上述方法理论上虽能够提高破岩效率。但由于在200℃以上的高温环境下，对钻杆、泥浆、管汇、固控、电子元件等设备材料质量要求高，同时需固井、挂管、射孔、护壁、防喷、防漏、防塌、防卡等等复杂工艺，事故率高，费用高、风险大，且其钻井深度一般在7000米以内。地下10—35Km的温度为300—1000℃，在这样高温环境下，采用目前现有的钻井技术，钻出孔洞直径30—100cm，井深10000—35000米的莫霍井是很难想象的。
二、项目专利技术简介：
《3D打印离子体智能莫霍井钻井方法》(国内专利号：201710567644.2，国际专利号：PCT/CN2017/096856)发明专利技术摒弃了传统的钻井方法，没有传统意义上的钻杆、钻头和利用泥浆排除岩屑。而是采用等离子体或激光或电子束等高温（3000—50000℃）及5个3D打印机协同作业，实施钻孔、扩孔、固井；采用抽送系统排除水（蒸汽）、泥土、岩屑等粉尘；采用绝热及冷却系统可使井下钻井执行器（钻井机器人）及各种电子元器件，能在300—1000℃高温环境下正常工作。钻孔深度可达10000—40000m的莫霍面即触摸地幔；钻孔直径可达到30—100cm（用于稀缺资源开采）；设计钻完井速度50米/h左右（英国 Strathclyde 大学电子电器工程学院的研究团队已经成功钻进直径为4cm 的井眼 40~50 cm 。 试验所用的岩样尺寸为 0.09~0.14 m 3的含饱和水的砂岩样品。 试验测得的钻井速度为 3.6—9.0 m/s）， 2万米的深井，只需要一个月，极大提高钻、完井速度；在安装履带或驱动轮后，可实施水平钻孔；在深海实施钻孔同样可达到陆地钻孔深度（“决心号”大洋科学钻探船目前钻孔深度不超过2千米）。
本发明专利技术跨精密冶金、3D打印、离子体（激光、电子束）、机器人、人工智能（自动识别岩性）、工程力学（机械力学、气动力学、流体力学）、制冷绝热学、热管传热学、地质学、钻探科学、新材料、海水淡化、车载工程车、电力等50多个学科、专业，涉及200多个行业。
本项专利技术虽然是民间、民企科技，但它向全世界提出了一个利用《3D打印离子体智能化钻井》的“新命题”。
三、项目产业化重大战略意义及现实意义：
本发明专利技术的产业属于国家重大战略性新兴产业，该技术具有前瞻性、原创性、颠覆性。
能源是国家重大战略，我国掌握了开启地热能的金钥匙，就能把握世界经济发展的命脉。
而本专利技术钻井设备，无论在大陆深地、深海、极地（南北极）、沙漠，均可钻出特深井（用于地热能开采、稀缺资源开采、地震预测、地球物理化学研究等），在大陆如钻出10000米的特深井（钻速与井深没有关系），只需要1个月（设计平均成井速度50米/小时，相当于待速）。
届时，全世界90%以上的发电（新能源汽车所用电力）、供暖、制冷（吸收式）、工农业用热、大规模海水淡化等来自于300—1000℃地热成为可能。
对于地球深部稀缺资源的开采，其价值更是不可估量。
四、项目价值——一台（套）3D打印离子体智能莫霍井钻井装备价值预估：
《3D打印离子体智能莫霍井钻井装备》为世界首创，为了体现其强大的钻探功能和市场价值，现就其市场价值做战略规划及预估：
1.功能：
（1）可在大陆钻深至10000米左右，对一切资源的开采提供了技术和设备保障。
（2）可在大洋深处进行钻探，对于开发大洋深处的资源提供了技术和设备保障。
（3）可在大陆或大洋深处水平钻探（钻孔机器人），对大陆或大洋深处资源的开采提供了技术和设备保障。
（4）为建立深地探测、地震预测等科学研究提供了技术和设备保障。
2、中国大陆科学钻探工程是全世界穿过造山带最深部位的科学深钻计划，1999年选址江苏东海县安峰镇毛北村，投资1.76亿元， 2001年8月4日正式开钻，至2005年4月18日竣工，完井深度5158米，历时3年零8个月，耗资近2亿元。
新疆石油管理局钻井公司在准噶尔盆地腹部莫索湾地区的“莫深1井”。该井是克拉玛依油田的一口重点探井，设计井深7380米，投资超过3.5亿元，2006年8月13日正式开钻。至2007年12月21日，完井深度达到7500米，历时1年零4个月。
中石化在在四川盆地川西坳陷孝泉构造部署的一口科学探索井，总投资约3.5亿元，由胜利油田99101钻井队承钻。该井于2007年3月20日开钻，2009年8月7日，完钻井深为7560米，历时2年零4个月。
2016年3月中国石化马深 1 井 8418 m，也是亚洲最深的井
西德的大陆深钻计划KTB，设计至少达到14000米深的钻孔，实际没有突破11000米。预算：4.5亿马克，实际5亿马克（2.56亿美元）。
美国5000米一对超深井，温度165℃，装机6MK，即6000KW/h，年发电量约4320万KW/h。10000米的特深井干热岩约300℃，采用EGS（增强型地热系统）对孔干热岩发电，年发电量约1亿kw/h/对井，一台（套）钻孔5对井/年，一台（套）年发电量约5亿kw/h，年产值（在政府不补贴情况下，按0.5元kw/h）约2.5亿元。
一台（套值7.5亿元，折合约1亿美元。

只有构想或技术，暂未组建团队。