四川盆地首口萬(wàn)米科學(xué)探索井——中國(guó)石油深地川科1井。
黃文俊攝
今年初，中國(guó)石油深地塔科1井鉆探深度突破1萬(wàn)米時(shí)，司鉆房?jī)?nèi)的技術(shù)人員激動(dòng)地歡呼，鼓掌慶祝。
中國(guó)石油深地塔科1井帶回的萬(wàn)米地質(zhì)資料。
金 添攝
新疆塔克拉瑪干沙漠腹地，矗立著一座紅白相間、20多層樓高的鉆機(jī)。地下，千余根鉆桿相連，鉆入12套地層，通往地球深處，這就是中國(guó)首口超萬(wàn)米科探井——中國(guó)石油深地塔科1井。
上天，下海，入地，被視作人類探索自然的三大壯舉。“十四五”時(shí)期，中國(guó)深地工程不斷取得新突破，在鉆深深度、技術(shù)裝備、科學(xué)認(rèn)知等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越發(fā)展，曾經(jīng)遙遠(yuǎn)的“地下珠峰”，成為可及的探索前沿，為國(guó)家能源安全提供堅(jiān)實(shí)保障。
深地塔科1井刷新5項(xiàng)鉆探紀(jì)錄
完鉆，10910米！
2025年2月20日，中國(guó)石油集團(tuán)對(duì)外宣布，中國(guó)石油深地塔科1井勝利完鉆，掘進(jìn)地下10910米。
這口井位于新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣境內(nèi)，是中國(guó)石油在塔里木盆地實(shí)施的重大“深地工程”。
在油氣鉆探領(lǐng)域，深度為4500米至6000米的油井為深井，6000米至9000米的為超深井，深度超過(guò)9000米的為特深井。要在地下打一口深井，進(jìn)行油氣探測(cè)，這難度，業(yè)內(nèi)人士描述得很生動(dòng)：在8000米以深的超深層尋找油氣，好比站在珠穆朗瑪峰頂，看清雅魯藏布江上的游船。
“萬(wàn)米科探井是全球油氣勘探領(lǐng)域的一項(xiàng)超級(jí)工程，鉆探深度相當(dāng)于鉆穿珠穆朗瑪峰后，又向地下繼續(xù)鉆進(jìn)2公里多，風(fēng)險(xiǎn)難度非常大。”中國(guó)石油塔里木油田公司執(zhí)行董事、黨工委書(shū)記王清華說(shuō)。
困難首先來(lái)自嚴(yán)峻的作業(yè)環(huán)境。塔克拉瑪干沙漠腹地常年干旱少雨、風(fēng)沙彌漫，夏季最高氣溫達(dá)50多攝氏度，冬季最低氣溫接近零下30攝氏度，對(duì)施工人員挑戰(zhàn)極大。
再看地下。萬(wàn)米鉆探要面對(duì)復(fù)雜的地層巖性變化，從地面到萬(wàn)米深地，鉆穿地層層系越多，巖性越復(fù)雜。在深地塔科1井，自上而下要穿透12套地層，尤其是越接近目標(biāo)井深的地層，巖性變化就越快。而每一次地層巖性變化，都需要更換與之適應(yīng)的鉆頭、調(diào)整鉆井液的各項(xiàng)配比。據(jù)統(tǒng)計(jì)，靠近地表的中淺層，一顆鉆頭一天最多能打600米進(jìn)尺。而在萬(wàn)米以深，棱角分明的鉆頭平均進(jìn)尺不過(guò)30米，就會(huì)磨損得近乎光滑，極端情況下，每天鉆探進(jìn)尺不過(guò)數(shù)十米。
超高溫、超高壓，也是入地萬(wàn)米的極致挑戰(zhàn)。深地塔科1井井下最高溫約達(dá)220攝氏度，隨之而來(lái)的，是145兆帕的超高壓，這相當(dāng)于在指甲蓋大小的面積上施加1.45噸重量。在井內(nèi)，1130多根鉆桿首尾連接，自重超350噸，而最細(xì)的鉆桿，僅有拳頭粗細(xì)，如面條般柔軟，斷裂風(fēng)險(xiǎn)高。深地塔科1井井長(zhǎng)王春生還記得，鉆頭距離萬(wàn)米僅差23米時(shí)，鉆桿在井中突然斷裂，后經(jīng)15天連續(xù)奮戰(zhàn)，各種問(wèn)題才得以解決。
“面對(duì)困難挑戰(zhàn)，我們集結(jié)了地質(zhì)、物探、鉆完井等多專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜胰瞬牛M建萬(wàn)米深井攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，在‘死亡之海’打出‘中國(guó)深度’。”王清華說(shuō)。終于，今年初，我國(guó)首口萬(wàn)米深井打成，刷新全球陸上鉆井突破萬(wàn)米最快、全球尾管固井最深、全球電纜成像測(cè)井最深、亞洲直井鉆探最深、亞洲陸上取芯最深等5項(xiàng)鉆探紀(jì)錄。
每一米鉆進(jìn)都伴隨科技支撐
一口萬(wàn)米深井完鉆，意味著什么？
“深地塔科1井的順利完鉆，不僅刷新了系列工程技術(shù)紀(jì)錄，更重要的是，這是我國(guó)首次獲取到萬(wàn)米以深地質(zhì)資料，同時(shí)驗(yàn)證了塔里木盆地在萬(wàn)米深層仍有油氣資源潛力。”中國(guó)科學(xué)院院士郝芳說(shuō)。
塔里木盆地是中國(guó)最大含油氣盆地，油氣藏埋深普遍在6000米到1萬(wàn)米，油氣資源豐富、勘探潛力巨大。作為大型復(fù)合疊合盆地，疊加多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，這里有超深層極其復(fù)雜的地質(zhì)情況，被世界公認(rèn)為“勘探禁區(qū)”。
在這樣的“勘探禁區(qū)”成功掘地萬(wàn)米，有何秘訣？
“可以說(shuō)，深地塔科1井的每一米鉆進(jìn)都伴隨著科技的支撐作用。”中國(guó)石油天然氣股份有限公司總地質(zhì)師兼集團(tuán)公司科技管理部總經(jīng)理江同文說(shuō)。
鉆井離不開(kāi)鉆機(jī)。在深地塔科1井作業(yè)過(guò)程中，下套管時(shí)最大噸位達(dá)到665噸，常規(guī)鉆機(jī)無(wú)法滿足鉆探所需的提升能力。為此，中國(guó)石油集團(tuán)自主研制了全球陸上首臺(tái)12000米自動(dòng)化鉆機(jī)，其提升能力達(dá)900噸，可輕松吊起2列動(dòng)車組，自動(dòng)化作業(yè)減少人工重體力勞動(dòng)達(dá)80%以上。
鉆井對(duì)鉆頭的要求也很高。為了適應(yīng)不同巖性地層，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)自主研制了超硬復(fù)合片及高端鉆頭，這好比破碎深地極硬巖石的“鐵齒銅牙”，全力保障鉆井提速。團(tuán)隊(duì)還研制了移動(dòng)式井場(chǎng)巖樣測(cè)量成像系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)給出井巖芯“做CT”“核磁”，及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣顯示，快速識(shí)別儲(chǔ)層。
抗220攝氏度水基鉆井液、高韌性高強(qiáng)度鉆桿、抗240攝氏度高強(qiáng)度成套取芯工具等技術(shù)利器……這些自主研發(fā)的萬(wàn)米深鉆技術(shù)利器，深地塔科1井項(xiàng)目一共具備10項(xiàng)。
產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新合力，也是深地工程掘進(jìn)萬(wàn)米的重要推力。套管產(chǎn)品由寶鋼股份自主研發(fā)，鉆頭復(fù)合片產(chǎn)自中國(guó)石化江鉆公司……“深地塔科1井鉆探配套形成了自主可控的萬(wàn)米關(guān)鍵核心技術(shù)體系，助推我國(guó)深地鉆探系列關(guān)鍵裝備、工具、材料迭代升級(jí)。”王清華說(shuō)。
“該井成功完鉆，證明萬(wàn)米深鉆系列技術(shù)利器經(jīng)受住了超深、超高溫、超高壓、超高應(yīng)力、復(fù)雜壓力系統(tǒng)等極端工況的考驗(yàn)，鍛造出可比肩‘萬(wàn)米深潛’‘嫦娥探月’的‘國(guó)之重器’，標(biāo)志著我國(guó)掌握了萬(wàn)米深地鉆探技術(shù)，在我國(guó)鉆探工程史上具有里程碑式的重大意義。”江同文說(shuō)。
從“偶爾突破”跨向“日常作業(yè)”
掘進(jìn)深地，難度不小，為何中國(guó)要不斷推進(jìn)這項(xiàng)工作？
一方面，這與保障能源安全密切相關(guān)。
中國(guó)人口數(shù)量龐大，能源消耗量大，但“富煤貧油少氣”的資源稟賦，決定了石油、天然氣對(duì)外依存度較高的能源格局。
在中國(guó)，多數(shù)油氣產(chǎn)自深度小于4500米的中淺層，但伴隨中淺層油氣勘探開(kāi)發(fā)程度提升，油氣發(fā)現(xiàn)的難度也越來(lái)越大。當(dāng)前，我國(guó)深層、超深層油氣資源達(dá)671億噸油當(dāng)量，占全國(guó)油氣資源總量的約34%。“向大地深處找油氣”，深層、超深層已成為我國(guó)油氣重大發(fā)現(xiàn)的主陣地。
“近年來(lái)，我國(guó)加大了超深層油氣領(lǐng)域的勘探開(kāi)發(fā)力度，中國(guó)石油在新疆和四川等地區(qū)的6000米至9000米深度，已發(fā)現(xiàn)1個(gè)10億噸級(jí)大油田和3個(gè)萬(wàn)億立方米級(jí)大氣區(qū)。”中國(guó)石油天然氣股份有限公司副總裁兼集團(tuán)公司油氣新能源公司執(zhí)行董事何江川說(shuō)。目前，8000米以深領(lǐng)域已成為我國(guó)重要的油氣接替領(lǐng)域。中國(guó)石油國(guó)內(nèi)探區(qū)8000米以深領(lǐng)域剩余資源174億噸油當(dāng)量，在塔里木盆地庫(kù)車山前、準(zhǔn)噶爾盆地南緣、四川盆地川中古隆起北斜坡等地區(qū)已實(shí)現(xiàn)重大勘探突破。“超深層領(lǐng)域是我國(guó)未來(lái)油氣勘探重大戰(zhàn)略發(fā)展方向”。
另一方面，深地工程也肩負(fù)著“打開(kāi)地球密碼箱”的期待。
萬(wàn)米以下深地有什么？地下10001米，是灰白色的粉晶云巖；10780米，有泥金色的云質(zhì)灰?guī)r；10906米，石墨色的泥巖……深地塔科1井鉆探過(guò)程中，取出了顏色形態(tài)各異的巖石樣品。
“研究萬(wàn)米深部巖石的物理化學(xué)特征，能揭示5億至6億年前沉積盆地的古環(huán)境、古氣候和古地理演化規(guī)律，探索古海洋的形成演化及其對(duì)沉積盆地發(fā)育的控制作用。”何江川說(shuō)。掘進(jìn)萬(wàn)米深地，還能研究超高溫壓條件下油氣的生成機(jī)理、相態(tài)的變化規(guī)律和排出效率，油氣儲(chǔ)集層發(fā)育情況和油氣富集的分布規(guī)律。這將有力支撐地球深部結(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(wèn)題研究。
萬(wàn)米科探井的成功完鉆，更是中國(guó)鉆探工作從“偶爾突破”跨向“日常作業(yè)”的生動(dòng)注腳。
“十四五”時(shí)期，中國(guó)深地資源開(kāi)發(fā)按下加速鍵。在四川盆地川東北地區(qū)，我國(guó)第二口萬(wàn)米科探井——中國(guó)石油深地川科1井的鉆井平臺(tái)上，鉆桿正加速向地下萬(wàn)米挺進(jìn)；在山西省西部，我國(guó)最大煤巖氣田——中國(guó)石油大吉?dú)馓锬戤a(chǎn)能突破25億立方米，成為我國(guó)天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)的重要接替資源；在新疆，中國(guó)石化“深地一號(hào)”順北油氣田，150多口深井平均深度在8000米以下。目前，“深地一號(hào)”已累計(jì)提交探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量2.76億噸、天然氣2093億立方米，累產(chǎn)原油590.7萬(wàn)噸、天然氣56.4億立方米，建成年產(chǎn)300萬(wàn)噸油氣當(dāng)量的陣地。
“萬(wàn)米深層的油氣顯示、珍貴數(shù)據(jù)和寶貴鉆探經(jīng)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)深地科技自立自強(qiáng)、助力‘能源的飯碗必須端在自己手里’作出重要貢獻(xiàn)。”郝芳說(shuō)。
入地萬(wàn)米，并非終點(diǎn)。探索深地，中國(guó)人的腳步正向更深、更精、更廣邁進(jìn)。
