中國石油報：中國腳步響徹萬米地宮，破譯深地塔科1井刷新亞洲紀錄的密碼
發(fā)布時間:2024-03-08 | 來源：中國石油報 | 瀏覽量：
這是我國首次獲取到來自萬米深層的地下巖屑，其珍貴程度堪比月球的土壤。 金添 攝
塔克拉瑪干沙漠是我國第一大沙漠，歷史上曾遺留下樓蘭、精絕等古文明遺址，被稱為“死亡之海”。
如今，這片沉寂多年的“死亡之海”又迎來萬眾矚目的盛景。3月4日，位于塔克拉瑪干沙漠腹地的深地塔科1井鉆達萬米，打破亞洲最深直井紀錄。在萬頃流沙下，傲然崛起一座前所未有的豐碑。
叩問地宮，循跡萬米。在深地塔科1井的鉆探過程中，萬米之行是高歌猛進，還是步步驚心？讓我們深入茫茫沙海，穿越重重地層，揭秘這趟神秘的萬米旅程。
向難：孤獨艱難的萬米遠征
浩瀚九重天，高處不勝寒。上天尚且不易，入地更為艱難。中國工程院院士李寧曾指出，入地難度堪比登月。縱觀世界鉆井史，人類花費300年時間僅向地心前進了0.19%。
2023年5月30日，深地塔科1井在塔克拉瑪干沙漠腹地鳴笛開鉆，中國人向地下萬米深度的首次遠征就此拉開序幕。
然而，深地之難超乎想象。
“深地塔科1井的鉆探地點選擇在地質(zhì)演化過程中生烴強度大、儲集能力強的位置，難以完全規(guī)避縫洞、斷裂發(fā)育帶和壓力系統(tǒng)復(fù)雜層段。”集團公司副總工程師，中油技服執(zhí)行董事、黨委書記楊立強表示。
“一萬米是一道坎。隨著鉆探深度的增加，部分技術(shù)需求已經(jīng)超出傳統(tǒng)鉆完井技術(shù)的能力極限，就像一輛大卡車在兩條細鋼絲繩上行駛。”中國工程院院士孫金聲深感萬米鉆探之難。
難，是深地鉆井的一大共識。
設(shè)計深度超萬米的深地塔科1井，自上而下要穿透13套地層，在抵達目的層的過程中，要面臨超深、超高溫、超高壓、超長裸眼段，高應(yīng)力、高研磨、高鹽，多套壓力體系、多種復(fù)雜巖性等挑戰(zhàn)。
深地塔科1井向難而行，相繼超越我國鉆井領(lǐng)域里的多座“高峰”。2023年12月18日，該井深度超過輪探1井，成為名副其實的“地下珠峰”。2023年12月26日，該井垂直進尺超越蓬深6井，坐穩(wěn)亞洲第一深井寶座。
當(dāng)深地塔科1井井深達到亞洲之最，意味著突破萬米的最后1000米，將是一段前人從未涉足的領(lǐng)域。
“最大的挑戰(zhàn)在于如何突破未知。”塔里木油田首席專家、深地塔科1井井長王春生介紹，“9000米以深沒有任何鄰井參數(shù)可借鑒，每向下1米，都是在‘無人區(qū)’里鑿出一條路。”
這是孤獨且艱難的最后挺進，一組數(shù)據(jù)最能體現(xiàn)鉆探難度隨深度的增長而呈指數(shù)級攀升。從9000米到10000米，深地塔科1井用時70天，日均鉆進14.29米，使用了近一半鉆頭，而第一個1000米僅用時4天。
在實際鉆探中，未知的地層下還潛藏著多個難以預(yù)料的世界級難題。
復(fù)雜的地層巖性變化是第一道坎。
9000米以深，間斷發(fā)育的燧石地層與石膏地層交替出現(xiàn)，地層硬度由硬到軟，再從軟到硬。如何準(zhǔn)確識別、提前預(yù)測下部地層巖性，成為地質(zhì)分析的重中之重。
每一次地層巖性的變化，都代表需要更換與之相適應(yīng)的鉆頭、調(diào)整鉆井液的各項配比。據(jù)統(tǒng)計，僅四開鉆進以來，該井就使用了16支鉆頭，單支鉆頭平均工作距離不超過150米。而在此前的鉆進中，一支鉆頭的工作距離最長可達2000米。
高溫高壓是突破萬米的第二道坎。
在鉆遇9300米后，井底溫度已超過180攝氏度，突破了大部分鉆具以及入井材料的溫壓極限，常規(guī)井下傳感器開始失效。并且井底溫度還將隨著深度的增加而升高。
本報記者 余果林 王曉群 王成凱
“在萬米地層，鉆井液就像在高壓鍋里被蒸煮，鋼制的鉆柱在地下就像面條。”中國工程院院士孫金聲這樣描述。
超重超長的鉆具造成第三道坎。
行至萬米，井下鉆具的長度與載荷都前所未有。中國工程院院士趙文智介紹，在足夠的空間內(nèi)，大力士可以舉起100公斤的重物；如果讓大力士在蟻穴里取重物，難度就會陡然增大。
萬米以深的井壁如同蟻穴。超高噸位、超大扭矩的鉆具在極小空間中高負荷運轉(zhuǎn)，難度不亞于一輛卡車在兩條鋼絲上行進。
除此之外，還有重重困難：鉆遇異常壓力體、現(xiàn)有鉆柱動力學(xué)理論不適應(yīng)、深部巖石地應(yīng)力增大……
破難：國之重器的萬米進擊
人類向地下探索的嘗試，始于一個水坑、一眼鹽井；在近百萬年向下掘進中，難度在增加，但探索的腳步從未停止。
我國石油工業(yè)也在深地領(lǐng)域孜孜求索。從新中國第一口超深井女基井，到曾經(jīng)的亞洲第一垂深井輪探1井，再到如今的深地塔科1井，無數(shù)個“第一”見證了我國石油工業(yè)的跨越式發(fā)展。
縱觀歷史，面對上天入地這兩項超級工程，中國人向來是“明知山有虎，偏向虎山行”。
深地塔科1井司鉆房里，西部鉆探巴州分公司120001鉆井隊司鉆何建濤穩(wěn)穩(wěn)地操作著手柄，將一根根鉆桿送入地層。鉆臺上空無一人，大大增強了作業(yè)過程中的安全性。
何建濤所操作的是全球首臺12000米特深井自動化鉆機。這臺鉆機成功打破了國外先進技術(shù)壟斷，并成功入選“2023年度央企十大國之重器”。它能夠完成管柱全流程自動化處理、超高鉆臺大載荷提升，可輕松吊起2列8節(jié)編組的CRH1A型列車，承載萬米鉆具的“千鈞之重”，是國家鉆井工程領(lǐng)域名副其實的“國之重器”。
“這是我們不斷向深向難挺進的底氣。”深地塔科1井鉆機主設(shè)計師、寶石機械一級工程師李亞輝介紹。
重器打大仗，利器破瓶頸。
在突破萬米的短短幾個小時后，一張由萬米巖屑制作的透明巖屑薄片出現(xiàn)在了井場地質(zhì)實驗室的偏光顯微鏡下。
這是一把打開深層地質(zhì)信息之門的“金鑰匙”。在目鏡下，萬米地層的巖石信息如抽絲剝繭般在現(xiàn)場科研人員面前徐徐展開。
“越接近萬米，地層巖性變化越快。我們需要時刻掌握地層信息，為下一步鉆頭選型以及風(fēng)險預(yù)測提供依據(jù)。”塔里木油田實驗檢測研究院地質(zhì)實驗中心王孝明介紹，隨著深度的增加，他們每4米就要制作一塊這樣的巖屑薄片，實時確保地層“看得見、摸得著”。
像這樣以往只出現(xiàn)在實驗室里的高精度測試儀器，在深地塔科1井的井場上還有很多：車載式巖樣核磁分析集成系統(tǒng)、氣相色譜儀、連續(xù)輕烴錄井儀……它們是破除萬難的尖端利器，為深地塔科1井的鉆進提供第一時間的科學(xué)解釋資料。
“有了這些儀器的支撐，我們得以快速記錄鉆進過程中出現(xiàn)的各種情況，也延伸出了不少科研課題。”塔里木油田勘探開發(fā)研究院基礎(chǔ)研究部楊果帶領(lǐng)他的團隊，把論文寫在井場。
技術(shù)利器線下攻堅，遠程科技“云上會戰(zhàn)”。
“我們在這口井上建造了井場數(shù)據(jù)中心，可以實現(xiàn)鉆井、地質(zhì)、固井、定向、鉆井液等多專業(yè)數(shù)字協(xié)同和聯(lián)合辦公，鉆井過程中的一切決策都有依據(jù)。”西部鉆探巴州分公司120001隊平臺經(jīng)理林楠介紹。
憑借中國石油自主研發(fā)的司鉆領(lǐng)航儀，346項鉆井參數(shù)信息可以實時回傳至3000公里外的中國石油工程作業(yè)智能支持中心（EISC）。關(guān)鍵時刻，值班專家“云上”集結(jié)會診，最多半個小時即可完成視頻會商、方案制訂和指令監(jiān)控執(zhí)行。
“現(xiàn)在每打1米，我們可以提前分析到下方的5米。”EISC的王震宇和分析師團隊晝夜值守，對一線傳回的各項數(shù)據(jù)進行匯總、推演，在海量的數(shù)據(jù)中找出可能存在的異常點，為現(xiàn)場鉆井提供及時預(yù)警。
鉆井操作人員從以往的靠經(jīng)驗打井，到現(xiàn)在以科學(xué)的數(shù)據(jù)解釋為支撐，一支現(xiàn)代化的數(shù)字化鉆井隊雛形已現(xiàn)，最大程度減少了由未知所帶來的事故復(fù)雜情況。
這是中國石油對于現(xiàn)代化鉆井的有力探索。井場之內(nèi)，來自油氣勘探開發(fā)全產(chǎn)業(yè)鏈的硬核支撐，凝聚了中國石油的科技力量、技術(shù)沉淀。逢山開路，遇水架橋，讓荊棘叢生的萬米之途成為坦途。
礪難：創(chuàng)新高地的萬米豐景
超深鉆井，是一項涉及地質(zhì)學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)等多個學(xué)科的系統(tǒng)性工程，代表著一個國家的鉆井最高水平，是綜合國力的集中體現(xiàn)。
近年來，中國石油加快超深層油氣探索，僅在塔里木盆地就打成8000米以深井超140口，為我國超深鉆探積累了豐富的實踐經(jīng)驗。
烈火煉真金。經(jīng)歷艱難的過程，才有難得的收獲。“萬米深井鉆探不僅可加快打造萬米超深層油氣資源鉆探關(guān)鍵技術(shù)，而且將帶動我國深地勘探開發(fā)整個產(chǎn)業(yè)鏈不斷進步。”孫金聲認為。
如今，深地塔科1井已鉆至萬米，這為中國石油帶來了哪些收獲與機遇？
“我們集智攻關(guān)超深難鉆地層防斜打直等系列技術(shù)，有效解決了高硬度強研磨性地質(zhì)鉆井難題，實現(xiàn)超深巖層‘打得動、鉆得直’。”塔里木油田勘探事業(yè)部副經(jīng)理張志表示。
在鉆進中，中國石油持續(xù)發(fā)力，以地層磨礪技術(shù)，聯(lián)合多方力量共同研發(fā)了承重達1000噸的吊卡、抗拉強度達到942噸的鉆桿、高強度密封取芯工具等百余項國內(nèi)頂尖裝備和技術(shù)，有力推動了我國鉆采裝備產(chǎn)業(yè)鏈迭代升級。
“深地塔科1井推動了鉆機提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和機器人技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)了自動化鉆機萬米級跨越的重大技術(shù)突破。”李亞輝坦言，鉆機在這口井的應(yīng)用經(jīng)驗將為我國后續(xù)智能化鉆機的研發(fā)設(shè)計提供全新的優(yōu)化方向。
叩響萬米深地之門，或許可以打開一片新的油氣富礦。
當(dāng)前，我國待探明油氣資源的品位整體變差，油氣勘探的主戰(zhàn)場已聚集到萬米深地、千米深水、非常規(guī)和老油氣田高效開發(fā)上。深地塔科1井所在的塔里木盆地，是全球唯一以超深層資源為主的含油氣盆地。去年至今，塔里木油田90%的新增儲量是從超深地層獲取的。
塔里木油田勘探開發(fā)研究院總地質(zhì)師楊憲彰表示：“塔里木盆地油氣源頭隱藏得很深，目前還沒有一口井鉆到油氣源頭。我們打萬米深井的重要目的之一，就是尋找‘油龍’的‘龍頭’。它可能潛在地下一萬米，也可能更深。”
尋找“龍頭”，是中國石油通向保障國家能源安全、當(dāng)好能源保供“頂梁柱”的必由之路。
“萬米深井的成功鉆探，將助力我國實現(xiàn)從油氣大國向油氣強國的轉(zhuǎn)變，是我們石油人長期以來的夢想。”中國工程院院士、中國石油大學(xué)（北京）教授李根生滿懷激動。
萬米以深，還隱匿著眾多懸而未決、困擾我國科學(xué)家多年的地質(zhì)謎題。
深地塔科1井的終點，劍指地球6億年前的古震旦系地層。彼時，塔里木盆地還是一片汪洋，亞歐板塊有哪些“鄰居”？海洋當(dāng)中有哪些奇特的生物？生物大滅絕有多少不為人知的秘密？
隨著深地塔科1井取芯工作的逐步開展，我國科學(xué)家將由此獲取基礎(chǔ)地質(zhì)理論、地球化學(xué)、地球熱力學(xué)等的第一手資料，探究中國大陸在地球演化過程中的奧秘。
萬米成烴機理、成藏理論、傳說中的“石油死亡線”存在與否等謎題，也將隨著鉆進深度的增加而浮出水面。
鉆頭向下，深地塔科1井帶著百萬石油人的期許與夢想繼續(xù)向目的層進發(fā)。遙遙萬米之途，中國石油也深深烙下了矢志能源強國、為中國式現(xiàn)代化奮進的印記。
詳情見鏈接：
http://epaper.cnpc.com.cn/zgsyb/2024-03/08/con-21066.html
（編輯 劉曉琳）
