中國(guó)石油報(bào)：中國(guó)腳步響徹萬(wàn)米地宮，破譯深地塔科1井刷新亞洲紀(jì)錄的密碼
發(fā)布時(shí)間:2024-03-08 | 來(lái)源：中國(guó)石油報(bào) | 瀏覽量：
這是我國(guó)首次獲取到來(lái)自萬(wàn)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(guó)第一大沙漠，歷史上曾遺留下樓蘭、精絕等古文明遺址，被稱(chēng)為“死亡之?！薄?/span>
如今，這片沉寂多年的“死亡之?！庇钟瓉?lái)萬(wàn)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(dá)萬(wàn)米，打破亞洲最深直井紀(jì)錄。在萬(wàn)頃流沙下，傲然崛起一座前所未有的豐碑。
叩問(wèn)地宮，循跡萬(wàn)米。在深地塔科1井的鉆探過(guò)程中，萬(wàn)米之行是高歌猛進(jìn)，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(wàn)米旅程。
向難：孤獨(dú)艱難的萬(wàn)米遠(yuǎn)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(guó)工程院院士李寧曾指出，入地難度堪比登月?？v觀(guān)世界鉆井史，人類(lèi)花費(fèi)300年時(shí)間僅向地心前進(jìn)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(kāi)鉆，中國(guó)人向地下萬(wàn)米深度的首次遠(yuǎn)征就此拉開(kāi)序幕。
然而，深地之難超乎想象。
“深地塔科1井的鉆探地點(diǎn)選擇在地質(zhì)演化過(guò)程中生烴強(qiáng)度大、儲(chǔ)集能力強(qiáng)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?！奔瘓F(tuán)公司副總工程師，中油技服執(zhí)行董事、黨委書(shū)記楊立強(qiáng)表示。
“一萬(wàn)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(chē)在兩條細(xì)鋼絲繩上行駛?！敝袊?guó)工程院院士孫金聲深感萬(wàn)米鉆探之難。
難，是深地鉆井的一大共識(shí)。
設(shè)計(jì)深度超萬(wàn)米的深地塔科1井，自上而下要穿透13套地層，在抵達(dá)目的層的過(guò)程中，要面臨超深、超高溫、超高壓、超長(zhǎng)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(guó)鉆井領(lǐng)域里的多座“高峰”。2023年12月18日，該井深度超過(guò)輪探1井，成為名副其實(shí)的“地下珠峰”。2023年12月26日，該井垂直進(jìn)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(dá)到亞洲之最，意味著突破萬(wàn)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?！彼锬居吞锸紫瘜?zhuān)家、深地塔科1井井長(zhǎng)王春生介紹，“9000米以深沒(méi)有任何鄰井參數(shù)可借鑒，每向下1米，都是在‘無(wú)人區(qū)’里鑿出一條路?！?/span>
這是孤獨(dú)且艱難的最后挺進(jìn)，一組數(shù)據(jù)最能體現(xiàn)鉆探難度隨深度的增長(zhǎng)而呈指數(shù)級(jí)攀升。從9000米到10000米，深地塔科1井用時(shí)70天，日均鉆進(jìn)14.29米，使用了近一半鉆頭，而第一個(gè)1000米僅用時(shí)4天。
在實(shí)際鉆探中，未知的地層下還潛藏著多個(gè)難以預(yù)料的世界級(jí)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?gòu)能浀接?。如何?zhǔn)確識(shí)別、提前預(yù)測(cè)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(xiàng)配比。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅四開(kāi)鉆進(jìn)以來(lái)，該井就使用了16支鉆頭，單支鉆頭平均工作距離不超過(guò)150米。而在此前的鉆進(jìn)中，一支鉆頭的工作距離最長(zhǎng)可達(dá)2000米。
高溫高壓是突破萬(wàn)米的第二道坎。
在鉆遇9300米后，井底溫度已超過(guò)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(kāi)始失效。并且井底溫度還將隨著深度的增加而升高。
本報(bào)記者 余果林 王曉群 王成凱
“在萬(wàn)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(guó)工程院院士孫金聲這樣描述。
超重超長(zhǎng)的鉆具造成第三道坎。
行至萬(wàn)米，井下鉆具的長(zhǎng)度與載荷都前所未有。中國(guó)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(huì)陡然增大。
萬(wàn)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(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，難度不亞于一輛卡車(chē)在兩條鋼絲上行進(jìn)。
除此之外，還有重重困難：鉆遇異常壓力體、現(xiàn)有鉆柱動(dòng)力學(xué)理論不適應(yīng)、深部巖石地應(yīng)力增大……
破難：國(guó)之重器的萬(wàn)米進(jìn)擊
人類(lèi)向地下探索的嘗試，始于一個(gè)水坑、一眼鹽井；在近百萬(wàn)年向下掘進(jìn)中，難度在增加，但探索的腳步從未停止。
我國(guó)石油工業(yè)也在深地領(lǐng)域孜孜求索。從新中國(guó)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(wú)數(shù)個(gè)“第一”見(jiàn)證了我國(guó)石油工業(yè)的跨越式發(fā)展。
縱觀(guān)歷史，面對(duì)上天入地這兩項(xiàng)超級(jí)工程，中國(guó)人向來(lái)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(duì)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(tái)上空無(wú)一人，大大增強(qiáng)了作業(yè)過(guò)程中的安全性。
何建濤所操作的是全球首臺(tái)12000米特深井自動(dòng)化鉆機(jī)。這臺(tái)鉆機(jī)成功打破了國(guó)外先進(jìn)技術(shù)壟斷，并成功入選“2023年度央企十大國(guó)之重器”。它能夠完成管柱全流程自動(dòng)化處理、超高鉆臺(tái)大載荷提升，可輕松吊起2列8節(jié)編組的CRH1A型列車(chē)，承載萬(wàn)米鉆具的“千鈞之重”，是國(guó)家鉆井工程領(lǐng)域名副其實(shí)的“國(guó)之重器”。
“這是我們不斷向深向難挺進(jìn)的底氣?！鄙畹厮?井鉆機(jī)主設(shè)計(jì)師、寶石機(jī)械一級(jí)工程師李亞輝介紹。
重器打大仗，利器破瓶頸。
在突破萬(wàn)米的短短幾個(gè)小時(shí)后，一張由萬(wàn)米巖屑制作的透明巖屑薄片出現(xiàn)在了井場(chǎng)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室的偏光顯微鏡下。
這是一把打開(kāi)深層地質(zhì)信息之門(mén)的“金鑰匙”。在目鏡下，萬(wàn)米地層的巖石信息如抽絲剝繭般在現(xiàn)場(chǎng)科研人員面前徐徐展開(kāi)。
“越接近萬(wàn)米，地層巖性變化越快。我們需要時(shí)刻掌握地層信息，為下一步鉆頭選型以及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)提供依據(jù)。”塔里木油田實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院地質(zhì)實(shí)驗(yàn)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(shí)時(shí)確保地層“看得見(jiàn)、摸得著”。
像這樣以往只出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室里的高精度測(cè)試儀器，在深地塔科1井的井場(chǎng)上還有很多：車(chē)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(wàn)難的尖端利器，為深地塔科1井的鉆進(jìn)提供第一時(shí)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(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種情況，也延伸出了不少科研課題?！彼锬居吞锟碧介_(kāi)發(fā)研究院基礎(chǔ)研究部楊果帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)，把論文寫(xiě)在井場(chǎng)。
技術(shù)利器線(xiàn)下攻堅(jiān)，遠(yuǎn)程科技“云上會(huì)戰(zhàn)”。
“我們?cè)谶@口井上建造了井場(chǎng)數(shù)據(jù)中心，可以實(shí)現(xiàn)鉆井、地質(zhì)、固井、定向、鉆井液等多專(zhuān)業(yè)數(shù)字協(xié)同和聯(lián)合辦公，鉆井過(guò)程中的一切決策都有依據(jù)?！蔽鞑裤@探巴州分公司120001隊(duì)平臺(tái)經(jīng)理林楠介紹。
憑借中國(guó)石油自主研發(fā)的司鉆領(lǐng)航儀，346項(xiàng)鉆井參數(shù)信息可以實(shí)時(shí)回傳至3000公里外的中國(guó)石油工程作業(yè)智能支持中心（EISC）。關(guān)鍵時(shí)刻，值班專(zhuān)家“云上”集結(jié)會(huì)診，最多半個(gè)小時(shí)即可完成視頻會(huì)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(tuán)隊(duì)晝夜值守，對(duì)一線(xiàn)傳回的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、推演，在海量的數(shù)據(jù)中找出可能存在的異常點(diǎn)，為現(xiàn)場(chǎng)鉆井提供及時(shí)預(yù)警。
鉆井操作人員從以往的靠經(jīng)驗(yàn)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(duì)雛形已現(xiàn)，最大程度減少了由未知所帶來(lái)的事故復(fù)雜情況。
這是中國(guó)石油對(duì)于現(xiàn)代化鉆井的有力探索。井場(chǎng)之內(nèi)，來(lái)自油氣勘探開(kāi)發(fā)全產(chǎn)業(yè)鏈的硬核支撐，凝聚了中國(guó)石油的科技力量、技術(shù)沉淀。逢山開(kāi)路，遇水架橋，讓荊棘叢生的萬(wàn)米之途成為坦途。
礪難：創(chuàng)新高地的萬(wàn)米豐景
超深鉆井，是一項(xiàng)涉及地質(zhì)學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)等多個(gè)學(xué)科的系統(tǒng)性工程，代表著一個(gè)國(guó)家的鉆井最高水平，是綜合國(guó)力的集中體現(xiàn)。
近年來(lái)，中國(guó)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(guó)超深鉆探積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
烈火煉真金。經(jīng)歷艱難的過(guò)程，才有難得的收獲。“萬(wàn)米深井鉆探不僅可加快打造萬(wàn)米超深層油氣資源鉆探關(guān)鍵技術(shù)，而且將帶動(dòng)我國(guó)深地勘探開(kāi)發(fā)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈不斷進(jìn)步?！睂O金聲認(rèn)為。
如今，深地塔科1井已鉆至萬(wàn)米，這為中國(guó)石油帶來(lái)了哪些收獲與機(jī)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(qiáng)研磨性地質(zhì)鉆井難題，實(shí)現(xiàn)超深巖層‘打得動(dòng)、鉆得直’?！彼锬居吞锟碧绞聵I(yè)部副經(jīng)理張志表示。
在鉆進(jìn)中，中國(guó)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(dá)1000噸的吊卡、抗拉強(qiáng)度達(dá)到942噸的鉆桿、高強(qiáng)度密封取芯工具等百余項(xiàng)國(guó)內(nèi)頂尖裝備和技術(shù)，有力推動(dòng)了我國(guó)鉆采裝備產(chǎn)業(yè)鏈迭代升級(jí)。
“深地塔科1井推動(dòng)了鉆機(jī)提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化鉆機(jī)萬(wàn)米級(jí)跨越的重大技術(shù)突破?！崩顏嗇x坦言，鉆機(jī)在這口井的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)將為我國(guó)后續(xù)智能化鉆機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)提供全新的優(yōu)化方向。
叩響萬(wàn)米深地之門(mén)，或許可以打開(kāi)一片新的油氣富礦。
當(dāng)前，我國(guó)待探明油氣資源的品位整體變差，油氣勘探的主戰(zhàn)場(chǎng)已聚集到萬(wàn)米深地、千米深水、非常規(guī)和老油氣田高效開(kāi)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(chǔ)量是從超深地層獲取的。
塔里木油田勘探開(kāi)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(méi)有一口井鉆到油氣源頭。我們打萬(wàn)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(wàn)米，也可能更深?！?/span>
尋找“龍頭”，是中國(guó)石油通向保障國(guó)家能源安全、當(dāng)好能源保供“頂梁柱”的必由之路。
“萬(wàn)米深井的成功鉆探，將助力我國(guó)實(shí)現(xiàn)從油氣大國(guó)向油氣強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，是我們石油人長(zhǎng)期以來(lái)的夢(mèng)想?！敝袊?guó)工程院院士、中國(guó)石油大學(xué)（北京）教授李根生滿(mǎn)懷激動(dòng)。
萬(wàn)米以深，還隱匿著眾多懸而未決、困擾我國(guó)科學(xué)家多年的地質(zhì)謎題。
深地塔科1井的終點(diǎn)，劍指地球6億年前的古震旦系地層。彼時(shí)，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(kāi)展，我國(guó)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(guó)大陸在地球演化過(guò)程中的奧秘。
萬(wàn)米成烴機(jī)理、成藏理論、傳說(shuō)中的“石油死亡線(xiàn)”存在與否等謎題，也將隨著鉆進(jìn)深度的增加而浮出水面。
鉆頭向下，深地塔科1井帶著百萬(wàn)石油人的期許與夢(mèng)想繼續(xù)向目的層進(jìn)發(fā)。遙遙萬(wàn)米之途，中國(guó)石油也深深烙下了矢志能源強(qiáng)國(guó)、為中國(guó)式現(xiàn)代化奮進(jìn)的印記。
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（編輯 劉曉琳）
