圖為深地塔科1井。資料圖片
10910米，深地領(lǐng)域再獲新突破!
日前，我國首口超萬米科探井——深地塔科1井在新疆塔里木盆地完鉆，鉆探深度10910米，成為亞洲第一、世界第二垂深井，創(chuàng)下全球陸上鉆井突破萬米“最快”、亞洲陸上取巖芯“最深”等多項工程紀錄。
習(xí)近平總書記指出，“向地球深部進軍是我們必須解決的戰(zhàn)略科技問題”。
地上，紅白相間、20多層樓高的鉆機矗立；地下，1130多根鉆桿連接而成的“珠峰”，鉆穿12套地層，開辟出一條通往地球深部的萬米通道。
近600個日夜，深地塔科1井的鉆探，與5億多年前的巖石相遇，全球首次在陸地萬米深層發(fā)現(xiàn)油氣顯示，這在深地科學(xué)研究和超深層油氣勘探領(lǐng)域具有里程碑意義。“中國深度”再刷新的背后，有哪些故事？記者進行了采訪。
“在超深層尋找油氣，好比站在珠穆朗瑪峰頂，要看清雅魯藏布江上的游船”
“在超深層尋找油氣，好比站在珠穆朗瑪峰頂，要看清雅魯藏布江上的游船。”油氣行業(yè)常說這么一句話。
一深帶萬難。地球半徑約為6371千米，人類目前入地最大深度為12.262千米。如果將地球比作一個雞蛋，那么目前的探測還只停留在雞蛋殼層面。
一難，在于地層巖性變化復(fù)雜。
深地塔科1井鉆穿12套不同巖性、不同壓力系統(tǒng)的巖層，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變，極易發(fā)生井眼垮塌、卡鉆、惡性井漏等事故。“巖層軟硬交錯，剛鉆透硬如金剛石的硅質(zhì)巖，下一米就可能遇到柔似橡皮糖的膏巖層，鉆頭切削齒特別容易損傷。”中國石油塔里木油田公司執(zhí)行董事、黨工委書記王清華介紹。
每一次地層巖性變化，都要更換與之相適應(yīng)的鉆頭，調(diào)整鉆井液的各項配比?？拷乇淼闹袦\層，一顆鉆頭日進尺最高能達600米；而在萬米以深，鉆頭平均日進尺不超30米，就會磨損得近乎光滑。
二難，在于井下超高溫超高壓。
隨著地層深度增加，溫度、壓力也隨之增加。深地塔科1井的井下最高溫度220攝氏度，最高壓力145兆帕、相當于指甲蓋大小的面積承受超過1.4噸的重量，常規(guī)鉆井工具、材料難以適應(yīng)如此苛刻的工況環(huán)境，極易損壞或失效。
三難，在于鉆桿超重噸位超大扭矩。
深地塔科1井的地表井眼，直徑超57厘米。井眼向下，1130多根鉆桿首尾連接，自重超350噸。最細的鉆桿僅有杯口粗細，在高溫高壓條件下，如面條般柔軟，斷裂風(fēng)險高。不僅如此，萬米之下的井壁如同蟻穴，空間極窄。超重噸位、超大扭矩的鉆桿在地表轉(zhuǎn)10圈，地下鉆頭可能轉(zhuǎn)不了1圈，如果鉆桿的抗扭性或抗拉性不行，很容易出問題。
“9000米以深，沒有任何鄰井參數(shù)可以參考。每向下1米，都像是在無人區(qū)里鑿出一條路。”深地塔科1井井長王春生最難忘的，是鉆頭距離1萬米只差23米時，鉆桿在井中突然斷裂，卡鉆、憋堵等問題輪番而至，經(jīng)過15天連續(xù)奮戰(zhàn)，才最終解決。
深地塔科1井鉆探，從地表到萬米，用時279天；最后910米，卻耗時300多天。
創(chuàng)新引領(lǐng)，讓萬米地層“看得見”“夠得著”“采得出”
挺進萬米深地，面臨多項世界級難題和極限挑戰(zhàn)。為保障深地塔科1井鉆得成、鉆得好，中國石油聯(lián)合多家企業(yè)、科研機構(gòu)以及高等院校共計數(shù)萬人，集智攻關(guān)。
——借助三維物探技術(shù)，讓萬米地層“看得見”。
地球物理勘探，相當于給地球做“CT”，可以看清井位所在的地層信息。深地塔科1井鉆探過程中，東方物探依托三維物探技術(shù)，用地震波對萬米地層進行高清成像，實現(xiàn)鉆前預(yù)警、鉆中預(yù)測，為工具儀器準備、工藝技術(shù)優(yōu)化提供支撐；中油測井則采用電、聲、核、磁等尖端手段，對鉆過的所有地層實現(xiàn)厘米級精準標定，擦亮探視超深地層的“眼睛”。
“深地塔科1井成功完鉆，驗證了我們對萬米以深地質(zhì)理論認識的正確性，地質(zhì)預(yù)測和實鉆結(jié)果基本吻合，深度誤差不到1%。”塔里木油田勘探開發(fā)研究院風(fēng)險勘探研究項目經(jīng)理孫崇浩說。
——應(yīng)用12000米鉆機等國產(chǎn)設(shè)備，讓萬米地層“夠得著”。
鉆機，鉆井的“動力引擎”。深地塔科1井作業(yè)過程中，下套管時最大噸位達665噸，常規(guī)鉆機的提升能力無法滿足鉆探要求。中國石油自主研發(fā)了全球陸上首臺12000米自動化鉆機，載重能力提升至最大900噸。
鉆頭，鉆井的“鐵齒銅牙”。不同巖性的地層，需要適配不同的鉆頭選型、齒形排列分布及工具配套。項目團隊自主研制了超硬復(fù)合片及高端鉆頭，全力保障鉆井提速。
鉆井液，鉆井的“循環(huán)血液”。它具有攜帶巖屑、平衡地層壓力、冷卻鉆頭等多項功能，鉆井過程中，如果抗溫抗壓能力不足，極易失效?？蒲袌F隊經(jīng)過上百次配方調(diào)整和上千次體系試驗，研發(fā)出抗220攝氏度水基鉆井液，滿足應(yīng)對復(fù)雜工況的需求。
——研制高強度取巖芯成套工具，讓萬米巖芯“采得出”。
作為地下巖石的剖面截取物，巖芯是人類了解地球深部唯一的實物資料。中國石油天然氣股份有限公司總地質(zhì)師江同文介紹，針對相關(guān)地層強度高、易破碎等難題，項目團隊首創(chuàng)耐240攝氏度高強度取巖芯工具、高效破巖取巖芯鉆頭，成功收獲12.64米巖芯，珍貴程度堪比“月壤”。
“突破萬米意味著我國油氣工程技術(shù)發(fā)展進入一個嶄新的階段，代表我們初步構(gòu)建了萬米深地鉆完井技術(shù)高地與原創(chuàng)技術(shù)策源地。”中國工程院院士孫金聲說。
端牢能源飯碗，解開深地奧秘
挺進地球深部，每一米都是對未知的挑戰(zhàn)，每一寸都是向極限的突破，難度一點不比“蛟龍”下海、“嫦娥”探月小，這個萬米非入不可嗎？
這是端牢能源飯碗的堅實支撐。
數(shù)據(jù)顯示，世界新增油氣儲量的60%來自深部地層，我國深層、超深層油氣資源達671億噸油當量，占全國油氣資源總量約34%。深地塔科1井所在的塔里木盆地，一口超深油氣井日產(chǎn)油氣當量最高1000余噸，相當于數(shù)十口甚至上百口淺層氣井的產(chǎn)量。
“向深地進軍是我國未來油氣發(fā)展的必由之路。”中國石油天然氣股份有限公司副總裁何江川介紹，中國石油在新疆和四川等地的6000米至9000米深度，已發(fā)現(xiàn)一個10億噸級大油田和3個萬億立方米大氣區(qū)。2017年至2024年，中國石油6000米以深超深井數(shù)量從100口增長到1860口，8000米以深特深井數(shù)量從0口增長到208口。
這是解開深地奧秘的關(guān)鍵鑰匙。
10001米，灰白色的粉晶云巖；10780米，泥金色的云質(zhì)灰?guī)r；10906米，石墨色的泥巖……顯微鏡下，深地塔科1井鉆探過程中，取出的巖石樣品顏色形態(tài)各異。
中國石油科研人員根據(jù)巖芯、巖屑以及測錄井等地質(zhì)樣品和數(shù)據(jù)，繪制出亞洲第一份萬米地質(zhì)剖面圖，為深地科學(xué)探索和油氣勘探提供一手實物資料，有力支撐了地球深部結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成、地球演化、氣候變遷等重大基礎(chǔ)科學(xué)問題研究。
這是產(chǎn)業(yè)強鏈補鏈的實戰(zhàn)練兵。
套管要抗擠壓，寶鋼股份自主研發(fā)的產(chǎn)品，鋼級、密封性能等關(guān)鍵指標均比最高鋼級套管高出超20%；常規(guī)鉆機提升能力不足，中國石油寶石機械設(shè)計全球陸上首臺12000米自動化鉆機；鉆頭要硬核，中國石化江鉆公司提供高強耐磨、高韌抗沖的復(fù)合片……合力攻堅，優(yōu)勢互補，形成創(chuàng)新合力。
“深地塔科1井鉆探形成了自主可控的萬米關(guān)鍵核心技術(shù)體系，助推我國深地鉆探關(guān)鍵裝備、工具、材料迭代升級。”王清華介紹。以國產(chǎn)鉆頭為例，價格比進口鉆頭下降近一半，鉆井速度卻提高約50%，相關(guān)技術(shù)指標處于國際先進水平。
回望來路，20世紀70年代，我國第一口井深超過7000米的鉆井完鉆。從7000米到突破8000米，歷經(jīng)29年；從8000米到邁入9000米，歷經(jīng)15年；從9000米到?jīng)_破10000米大關(guān)，僅用3年。
10910米不是終點。中國人向深地探索的腳步邁得更快、更遠。
