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原(yuan)标题:亚(ya)洲第(di)一、世界第(di)二垂深(shen)井在新(xin)疆完(wan)钻,“中国深(shen)度(du)”再刷新(xin)
挺进地下万米,与五亿多年前的岩石相遇(经济新(xin)方位)
图为深(shen)地塔科1井。资(zi)料图片
10910米,深(shen)地领域(yu)再获新(xin)突破!
日前,我国首口超万米科探井——深(shen)地塔科1井在新(xin)疆塔里木盆地完(wan)钻,钻探深(shen)度(du)10910米,成为亚(ya)洲第(di)一、世界第(di)二垂深(shen)井,创下全球陆上钻井突破万米“最快”、亚(ya)洲陆上取岩芯“最深(shen)”等多项(xiang)工程纪录。
习近平总书记指出,“向地球深(shen)部(bu)进军(jun)是(shi)我们必须解决的战略科技(ji)问题”。
地上,红白相间、20多层楼高的钻机矗立;地下,1130多根钻杆连接而成的“珠峰”,钻穿12套地层,开辟出一条通(tong)往地球深(shen)部(bu)的万米通(tong)道。
近600个日夜,深(shen)地塔科1井的钻探,与5亿多年前的岩石相遇,全球首次在陆地万米深(shen)层发现油气显示,这在深(shen)地科学研(yan)究(jiu)和超深(shen)层油气勘探领域(yu)具有里程碑(bei)意义。“中国深(shen)度(du)”再刷新(xin)的背后,有哪些故事(shi)?记者进行了采访。
“在超深(shen)层寻找油气,好比站在珠穆朗玛峰顶,要看清(qing)雅鲁藏布江上的游船”
“在超深(shen)层寻找油气,好比站在珠穆朗玛峰顶,要看清(qing)雅鲁藏布江上的游船。”油气行业常说这么一句话。
一深(shen)带万难。地球半径约(yue)为6371千米,人类(lei)目前入地最大深(shen)度(du)为12.262千米。如果将地球比作一个鸡蛋,那么目前的探测还只停留在鸡蛋壳层面。
一难,在于地层岩性变化复杂。
深(shen)地塔科1井钻穿12套不同岩性、不同压力(li)系统的岩层,地质构造复杂多变,极(ji)易发生井眼垮塌、卡钻、恶性井漏等事(shi)故。“岩层软(ruan)硬交错,刚钻透(tou)硬如金刚石的硅质岩,下一米就可能遇到柔似橡皮糖的膏岩层,钻头(tou)切(qie)削(xue)齿特(te)别容(rong)易损伤。”中国石油塔里木油田(tian)公司执行董事(shi)、党工委书记王清(qing)华介绍。
每一次地层岩性变化,都要更换与之相适应的钻头(tou),调整钻井液的各项(xiang)配(pei)比。靠近地表的中浅层,一颗钻头(tou)日进尺最高能达600米;而在万米以深(shen),钻头(tou)平均日进尺不超30米,就会磨损得近乎光(guang)滑。
二难,在于井下超高温超高压。
随(sui)着地层深(shen)度(du)增加,温度(du)、压力(li)也随(sui)之增加。深(shen)地塔科1井的井下最高温度(du)220摄氏度(du),最高压力(li)145兆帕、相当于指甲盖大小的面积承受超过1.4吨的重量,常规钻井工具、材料难以适应如此苛刻的工况环境,极(ji)易损坏或失效。
三难,在于钻杆超重吨位超大扭矩。
深(shen)地塔科1井的地表井眼,直径超57厘米。井眼向下,1130多根钻杆首尾连接,自(zi)重超350吨。最细的钻杆仅有杯口粗细,在高温高压条件下,如面条般柔软(ruan),断裂风险(xian)高。不仅如此,万米之下的井壁如同蚁(yi)穴,空间极(ji)窄。超重吨位、超大扭矩的钻杆在地表转10圈,地下钻头(tou)可能转不了1圈,如果钻杆的抗扭性或抗拉性不行,很(hen)容(rong)易出问题。
“9000米以深(shen),没有任何邻井参数可以参考(kao)。每向下1米,都像是(shi)在无人区里凿出一条路。”深(shen)地塔科1井井长王春生最难忘的,是(shi)钻头(tou)距离(li)1万米只差23米时,钻杆在井中突然断裂,卡钻、憋堵等问题轮番而至,经过15天连续奋战,才最终解决。
深(shen)地塔科1井钻探,从(cong)地表到万米,用时279天;最后910米,却(que)耗时300多天。
创新(xin)引领,让万米地层“看得见”“够得着”“采得出”
挺进万米深(shen)地,面临多项(xiang)世界级难题和极(ji)限挑战。为保障深(shen)地塔科1井钻得成、钻得好,中国石油联合多家企业、科研(yan)机构以及高等院校(xiao)共计数万人,集智攻关。
——借助三维物(wu)探技(ji)术,让万米地层“看得见”。
地球物(wu)理(li)勘探,相当于给地球做“CT”,可以看清(qing)井位所在的地层信息。深(shen)地塔科1井钻探过程中,东方物(wu)探依托(tuo)三维物(wu)探技(ji)术,用地震(zhen)波对(dui)万米地层进行高清(qing)成像,实现钻前预警、钻中预测,为工具仪器(qi)准备(bei)、工艺(yi)技(ji)术优(you)化提供支撑;中油测井则采用电(dian)、声、核、磁等尖端手(shou)段,对(dui)钻过的所有地层实现厘米级精准标定,擦亮探视超深(shen)地层的“眼睛”。
“深(shen)地塔科1井成功完(wan)钻,验证了我们对(dui)万米以深(shen)地质理(li)论认识(shi)的正确性,地质预测和实钻结果基本吻合,深(shen)度(du)误差不到1%。”塔里木油田(tian)勘探开发研(yan)究(jiu)院风险(xian)勘探研(yan)究(jiu)项(xiang)目经理(li)孙崇浩说。
——应用12000米钻机等国产设备(bei),让万米地层“够得着”。
钻机,钻井的“动力(li)引擎”。深(shen)地塔科1井作业过程中,下套管时最大吨位达665吨,常规钻机的提升能力(li)无法满(man)足(zu)钻探要求。中国石油自(zi)主研(yan)发了全球陆上首台(tai)12000米自(zi)动化钻机,载重能力(li)提升至最大900吨。
钻头(tou),钻井的“铁齿铜牙”。不同岩性的地层,需要适配(pei)不同的钻头(tou)选型、齿形排列分布及工具配(pei)套。项(xiang)目团队自(zi)主研(yan)制了超硬复合片及高端钻头(tou),全力(li)保障钻井提速。
钻井液,钻井的“循环血液”。它具有携(xie)带岩屑、平衡地层压力(li)、冷却(que)钻头(tou)等多项(xiang)功能,钻井过程中,如果抗温抗压能力(li)不足(zu),极(ji)易失效。科研(yan)团队经过上百次配(pei)方调整和上千次体系试验,研(yan)发出抗220摄氏度(du)水基钻井液,满(man)足(zu)应对(dui)复杂工况的需求。
——研(yan)制高强度(du)取岩芯成套工具,让万米岩芯“采得出”。
作为地下岩石的剖面截取物(wu),岩芯是(shi)人类(lei)了解地球深(shen)部(bu)唯(wei)一的实物(wu)资(zi)料。中国石油天然气股份(fen)有限公司总地质师江同文(wen)介绍,针对(dui)相关地层强度(du)高、易破碎等难题,项(xiang)目团队首创耐240摄氏度(du)高强度(du)取岩芯工具、高效破岩取岩芯钻头(tou),成功收(shou)获12.64米岩芯,珍贵程度(du)堪比“月壤”。
“突破万米意味(wei)着我国油气工程技(ji)术发展进入一个崭新(xin)的阶段,代(dai)表我们初步构建了万米深(shen)地钻完(wan)井技(ji)术高地与原(yuan)创技(ji)术策源地。”中国工程院院士孙金声说。
端牢能源饭(fan)碗,解开深(shen)地奥秘
挺进地球深(shen)部(bu),每一米都是(shi)对(dui)未知的挑战,每一寸都是(shi)向极(ji)限的突破,难度(du)一点不比“蛟(jiao)龙”下海、“嫦娥”探月小,这个万米非(fei)入不可吗?
这是(shi)端牢能源饭(fan)碗的坚(jian)实支撑。
数据显示,世界新(xin)增油气储量的60%来自(zi)深(shen)部(bu)地层,我国深(shen)层、超深(shen)层油气资(zi)源达671亿吨油当量,占全国油气资(zi)源总量约(yue)34%。深(shen)地塔科1井所在的塔里木盆地,一口超深(shen)油气井日产油气当量最高1000余吨,相当于数十口甚至上百口浅层气井的产量。
“向深(shen)地进军(jun)是(shi)我国未来油气发展的必由(you)之路。”中国石油天然气股份(fen)有限公司副总裁(cai)何江川介绍,中国石油在新(xin)疆和四川等地的6000米至9000米深(shen)度(du),已(yi)发现一个10亿吨级大油田(tian)和3个万亿立方米大气区。2017年至2024年,中国石油6000米以深(shen)超深(shen)井数量从(cong)100口增长到1860口,8000米以深(shen)特(te)深(shen)井数量从(cong)0口增长到208口。
这是(shi)解开深(shen)地奥秘的关键钥匙。
10001米,灰白色的粉晶云岩;10780米,泥金色的云质灰岩;10906米,石墨(mo)色的泥岩……显微(wei)镜下,深(shen)地塔科1井钻探过程中,取出的岩石样品颜色形态各异。
中国石油科研(yan)人员根据岩芯、岩屑以及测录井等地质样品和数据,绘(hui)制出亚(ya)洲第(di)一份(fen)万米地质剖面图,为深(shen)地科学探索(suo)和油气勘探提供一手(shou)实物(wu)资(zi)料,有力(li)支撑了地球深(shen)部(bu)结构与物(wu)质组成、地球演化、气候变迁等重大基础科学问题研(yan)究(jiu)。
这是(shi)产业强链补链的实战练兵。
套管要抗挤压,宝钢股份(fen)自(zi)主研(yan)发的产品,钢级、密封性能等关键指标均比最高钢级套管高出超20%;常规钻机提升能力(li)不足(zu),中国石油宝石机械设计全球陆上首台(tai)12000米自(zi)动化钻机;钻头(tou)要硬核,中国石化江钻公司提供高强耐磨、高韧抗冲的复合片……合力(li)攻坚(jian),优(you)势互(hu)补,形成创新(xin)合力(li)。
“深(shen)地塔科1井钻探形成了自(zi)主可控的万米关键核心(xin)技(ji)术体系,助推我国深(shen)地钻探关键装备(bei)、工具、材料迭(die)代(dai)升级。”王清(qing)华介绍。以国产钻头(tou)为例,价格比进口钻头(tou)下降近一半,钻井速度(du)却(que)提高约(yue)50%,相关技(ji)术指标处于国际(ji)先进水平。
回(hui)望(wang)来路,20世纪70年代(dai),我国第(di)一口井深(shen)超过7000米的钻井完(wan)钻。从(cong)7000米到突破8000米,历(li)经29年;从(cong)8000米到迈入9000米,历(li)经15年;从(cong)9000米到冲破10000米大关,仅用3年。
10910米不是(shi)终点。中国人向深(shen)地探索(suo)的脚步迈得更快、更远。