油氣信息化
自然界的最高峰是珠穆朗瑪峰,高度為8848.86米,但若將其倒置放在馬里亞納海溝,其峰頂也無(wú)法觸及海溝的底部,因?yàn)樵谄渥钌钐,深度超過(guò)萬(wàn)米,這是地球海洋的最深處。
而在陸上的塔里木盆地,有著一口超越珠峰高度的井。日前,中國(guó)首口超萬(wàn)米科探井——深地塔科1井在地下10910米完鉆,成為亞洲第一、世界第二垂深井。同樣超越萬(wàn)米的深度,與海洋波濤洶涌的景象大不相同,這口井的周邊砂礫遍布、滿目荒涼,而石油人就是在這樣的環(huán)境下創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)奇跡。
征服深地極限
迎來(lái)新視野新局面
我們生活的這片土地深處究竟有什么?地球深部到底隱藏著怎樣的奧秘?
相比于38萬(wàn)公里外的月壤樣本,地球內(nèi)部幾公里深處的堅(jiān)硬巖石仿佛近在咫尺,卻又遙不可及,F(xiàn)在已知地球平均半徑為6371公里,人類探索到的垂直深度僅有12.262公里,也就是蘇聯(lián)科拉SG-3井的深度。這意味著,人類迄今為止僅向地心前進(jìn)了0.19%。如果將地球比喻為雞蛋,那么現(xiàn)在連雞蛋殼都沒(méi)被鉆破。
盡管探索地球深部奧秘很難且花費(fèi)巨大,但人類的探索腳步從未停止。特別是作為深入地球內(nèi)部的“內(nèi)窺鏡”,超深層勘探開(kāi)發(fā)已成為中國(guó)石油增儲(chǔ)上產(chǎn)、效益增長(zhǎng)的主體和未來(lái)上游業(yè)務(wù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略領(lǐng)域。
2019年7月,輪探1井完鉆井深達(dá)8882米,鉆透“地下珠峰”。2022年6月,雙魚(yú)001-H6井以9010米井深順利完鉆,創(chuàng)造我國(guó)陸上最深氣井紀(jì)錄。2025年1月,深地塔科1井成功在地下10910米完鉆。
一個(gè)又一個(gè)超深井的誕生,得益于地質(zhì)理論和工程技術(shù)的不斷進(jìn)步;一個(gè)又一個(gè)新的戰(zhàn)略資源接替區(qū)相繼被開(kāi)辟出來(lái),向更深、更古老層系尋找油氣資源,成為中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)的重要目標(biāo)。
根據(jù)國(guó)家相關(guān)部門2005年頒布的劃分標(biāo)準(zhǔn),東部盆地深層井的概念是3500米,西部盆地深層井為4500米,而現(xiàn)在早已向地下推進(jìn)超過(guò)1倍。
伴隨著理論與技術(shù)的迭代升級(jí),中國(guó)石油深井超深井鉆井?dāng)?shù)量正逐年增多,尤其是2017年到2024年底,6000米以深超深井?dāng)?shù)量從100口增長(zhǎng)到1860口,8000米以深特深井?dāng)?shù)量從0口增長(zhǎng)到208口。特別是在以超深層資源為主的含油氣盆地——塔里木盆地,中國(guó)石油已累計(jì)打成8000米以深井191口,占全國(guó)的50%以上,全力保障國(guó)家能源安全。
伴隨著數(shù)量的快速增長(zhǎng),超深層勘探開(kāi)發(fā)產(chǎn)生了一系列的連鎖反應(yīng),不僅攻克了一批核心技術(shù)難題,實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)由自立走向自強(qiáng),而且?guī)?dòng)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)與裝備的進(jìn)步。
數(shù)百根鉆桿整齊地?cái)[放在深地塔科1井井架上。金添 攝
萬(wàn)米鉆探闖“三關(guān)”
關(guān)關(guān)在闖“無(wú)人區(qū)”
10910米,是一組寫滿困難的數(shù)字。它代表了當(dāng)今世界鉆井技術(shù)的最高水平,背后是一系列世界級(jí)的技術(shù)難題。它的成功完鉆,無(wú)一不是在闖關(guān)奪隘中得以實(shí)現(xiàn)。
復(fù)雜的地層巖性變化是萬(wàn)米鉆探的第一關(guān)。從地面到萬(wàn)米地下,不同巖性對(duì)工程的影響截然不同,往往剛鉆透硬如金剛石的硅質(zhì)巖,下一米就會(huì)鉆遇柔似橡皮糖的膏巖層。
深地塔科1井自上而下要穿透12套地層,特別是越接近目標(biāo)井深的地層,巖性變化越快。如地下9900米的地層是軟硬交錯(cuò)的,有很軟的石膏巖石,還有特別堅(jiān)硬的燧石,也就是古代鉆燧取火的石頭,硬度僅次于金剛石。
而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),靠近地表的中淺層,一支鉆頭一天最多能打600米進(jìn)尺。而在萬(wàn)米以深,一支鉆頭平均進(jìn)尺不過(guò)30米。
面對(duì)重重挑戰(zhàn),中國(guó)石油在持續(xù)深化萬(wàn)米深層油氣地質(zhì)理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合井下地球物理參數(shù),創(chuàng)新應(yīng)用地層精細(xì)化描述、VSP井中地震采集等工程技術(shù),精細(xì)標(biāo)定并刻畫(huà)巖層的“樣貌”。塔里木油田勘探開(kāi)發(fā)研究院風(fēng)險(xiǎn)勘探研究部臺(tái)盆區(qū)風(fēng)險(xiǎn)勘探研究項(xiàng)目副經(jīng)理羅新生說(shuō):“深地塔科1井的成功完鉆,驗(yàn)證了我們對(duì)萬(wàn)米以深地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)的正確性,地質(zhì)預(yù)測(cè)和實(shí)鉆結(jié)果基本吻合,深度誤差不到1%。”
高溫高壓是突破萬(wàn)米的第二關(guān)。萬(wàn)米之下面臨220攝氏度的高溫。
“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!敝袊(guó)工程院院士孫金聲這樣描述。萬(wàn)米井下高達(dá)145兆帕的壓力,則相當(dāng)于在指甲蓋的面積上停著一輛1.4噸重的汽車。
面對(duì)世界級(jí)難題,中國(guó)石油為每套層系、每個(gè)井段,都“量身定做”了相應(yīng)鉆井工具組合和工程技術(shù)對(duì)策,“一段一策”優(yōu)化調(diào)整鉆井參數(shù)。此外,他們積極搭建跨學(xué)科工作平臺(tái),以聯(lián)合攻關(guān)的形式創(chuàng)新研發(fā)了抗220攝氏度超高溫鉆井液、抗高溫螺桿等工藝技術(shù),制造了萬(wàn)米取芯及電纜等資料錄取裝備,打造形成萬(wàn)米深井安全高效鉆完井等一批關(guān)鍵核心技術(shù)。
超重超長(zhǎng)的鉆具成為第三關(guān)。行至萬(wàn)米,井下鉆具的長(zhǎng)度與載荷都前所未有,曾一度成為關(guān)系鉆井成敗的關(guān)鍵。
2024年3月3日20時(shí),在向地下9982米進(jìn)軍的過(guò)程中,井下突然遭遇惡性井漏,鉆具“深陷泥潭”,難以拔出。
“當(dāng)時(shí)往上提鉆太難了!”現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施組組長(zhǎng)張志回憶。鉆具反復(fù)被磕絆、纏繞,有時(shí)阻卡得根本無(wú)法動(dòng)彈。由于井漏非常嚴(yán)重,打進(jìn)井下的鉆井液大多數(shù)不知漏向了何處,只有少數(shù)還在起作用。
“能不能降點(diǎn)排量?”對(duì)講機(jī)里傳來(lái)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)負(fù)責(zé)人尹達(dá)焦急的聲音。鉆臺(tái)上的張志試著降低排量,但失去鉆井液的“托舉”,艱難往上提拉的鉆具應(yīng)聲跌落,而鉆具一旦被埋到近10公里深的井下,后果不堪設(shè)想。
危急時(shí)刻,現(xiàn)場(chǎng)工作人員兵分兩路,一路從別處協(xié)調(diào)鉆井液、配置新鉆井液;一路迅速分析著井下變化,謹(jǐn)慎提鉆。最終,鉆具被撤離到安全區(qū)。
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)。“難度不亞于駕駛一輛大卡車在兩條細(xì)鋼絲繩上行駛。”中國(guó)科學(xué)院院士郝芳直言。
這樣的案例不勝枚舉。現(xiàn)場(chǎng)工作人員克服重重困難,加快與全球首臺(tái)12000米特深井自動(dòng)化鉆機(jī)的磨合進(jìn)度,以熟練從容的操作讓這一國(guó)家鉆井工程領(lǐng)域的“國(guó)之重器”承載起萬(wàn)米鉆具的“千鈞之重”,助力鉆頭不斷向地球深處挺進(jìn)。
入地進(jìn)尺一小步
工程技術(shù)一大步
深地塔科1井的成功完鉆,不僅代表著我國(guó)自主突破了萬(wàn)米級(jí)深井鉆探技術(shù)瓶頸,而且標(biāo)志著我國(guó)鉆探能力及配套技術(shù)躋身國(guó)際先進(jìn)行列。
萬(wàn)米井如何打成功,如何打得快,如何打得好,一直是石油人主攻的科研“山頭”。面對(duì)國(guó)外技術(shù)的封鎖、地下巖層的挑戰(zhàn),石油人把科技創(chuàng)新當(dāng)成高質(zhì)量發(fā)展的第一動(dòng)力,攻堅(jiān)重大理論,攻關(guān)技術(shù)瓶頸。深地石油人瞄準(zhǔn)世界級(jí)地質(zhì)與工程技術(shù)挑戰(zhàn),科學(xué)設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)“四梁八柱”,研發(fā)抗高溫高壓鉆工具及鉆井液等核心技術(shù)和裝備,分專業(yè)劃分了6大研究方向16項(xiàng)研究專題,磨礪破地萬(wàn)米的“通關(guān)秘籍”。
井場(chǎng)內(nèi)外,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。
為確保萬(wàn)米深井打成打好打快,中國(guó)石油優(yōu)選精英鉆井隊(duì)操作鉆機(jī),他們?cè)谒锬九璧爻秀@過(guò)輪探1井等8000米以深井15井次,創(chuàng)10余項(xiàng)施工紀(jì)錄。從競(jìng)聘人員中精選有超深井施工經(jīng)驗(yàn)達(dá)10年以上的管理干部,打造了一支能征善戰(zhàn)、作風(fēng)優(yōu)良的深地鉆探鐵軍,高擎技術(shù)利劍,破瓶頸、闖禁區(qū),叩開(kāi)深層“地宮”之門。
每一米深入探索,都是一次科技與創(chuàng)新的融合;每一次貫通,都是“國(guó)之大者”的使命擔(dān)當(dāng)。“塔里木的超深層探索之路幾經(jīng)波折,但總體來(lái)說(shuō),隨著國(guó)家科技實(shí)力的提升,塔里木的超深層前景光明、未來(lái)可期!敝袊(guó)工程院院士羅平亞說(shuō)。(記者 高屾)