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3月20日，位于塔克拉瑪干沙漠腹地的深地塔科1井鉆探深度達(dá)10006米，正朝著11100米的目標(biāo)井深挺進(jìn)。這是我國在“深空、深海、深地、深藍(lán)”領(lǐng)域具有里程碑意義的重大突破。這不僅代表著我國自主突破了萬米級(jí)深井鉆探技術(shù)瓶頸，而且標(biāo)志著我國鉆探能力及配套技術(shù)躋身國際先進(jìn)水平。
入地一萬米 非入不可嗎
用時(shí)279個(gè)日夜，耗費(fèi)29只鉆頭，使用1060余根鉆桿，鉆穿12套地層，深地塔科1井成功打通了一條縱貫地上與地下萬米的油氣通道。在萬頃流沙下，一座地下豐碑傲然崛起。
上天難，入地更難。1970年，我國發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星——“東方紅一號(hào)”被長征一號(hào)運(yùn)載火箭送入近地點(diǎn)441千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)2368千米的橢圓軌道。而從地下4700多米到10000米，中國石油工業(yè)走過了近60年。20世紀(jì)60年代，我國才鉆成第一口深井——4718.77米深的大慶油田松基6井。
萬米深地，如此之難，非入不可嗎？
“推進(jìn)萬米深地科探工程不僅是我們加快實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)、打造超深油氣原創(chuàng)技術(shù)策源地的迫切需要，而且對(duì)探索地殼深部結(jié)構(gòu)及大陸演化、發(fā)現(xiàn)油氣資源具有重要意義。”中國工程院院士孫金聲表示。
最新一輪資源評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，世界新增油氣儲(chǔ)量的60%來自深部地層，我國83%的深地油氣仍有待探明開發(fā)。深地塔科1井所在的塔里木盆地是我國最大的深地油氣富集區(qū)。數(shù)據(jù)顯示，目前塔里木油田日產(chǎn)油氣當(dāng)量超10萬噸，6000米以深的產(chǎn)量已超油田總產(chǎn)量的“半壁江山”。一口超深氣井日配產(chǎn)可達(dá)百萬立方米，相當(dāng)于數(shù)十口甚至上百口淺層氣井的產(chǎn)量。
向地球深部進(jìn)軍，在更深更古老層系尋找油氣資源戰(zhàn)略接替區(qū)，已然成為中國石油保障國家能源安全的必由之路。
進(jìn)軍地球深部 我們靠什么
鉆進(jìn)設(shè)計(jì)深度超萬米的深地塔科1井，困難重重。自上而下要穿透13套地層，面臨超深、超高溫、超高壓、超長裸眼段，高應(yīng)力、高研磨、高鹽，多套壓力體系、多種復(fù)雜巖性“四超”“三高”“兩多”挑戰(zhàn)。
中國工程院院士趙文智說：“萬米鉆探最大的特點(diǎn)就是未知，有未知就有風(fēng)險(xiǎn)。這就像進(jìn)入無人區(qū)，你不知道下一步會(huì)遇到什么樣的地質(zhì)或工程風(fēng)險(xiǎn)，這是最具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域之一。”
面對(duì)惡劣的井況，在如此深的地下，這口井能不能打得成、打得好？
集團(tuán)公司集結(jié)各方精兵強(qiáng)將，答好“向深地進(jìn)軍”這道題，攻克了超高鉆臺(tái)大載荷提升系統(tǒng)、智能控制一體化平臺(tái)集成技術(shù)等相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)難題，成功研制全球首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的12000米特深井自動(dòng)化鉆機(jī)。
“與普通鉆機(jī)相比，這臺(tái)鉆機(jī)載重提升能力由三四百噸提高到900噸，可輕松吊起2架滿載的波音747-8客機(jī)，有效解決了1200多節(jié)上下相連的鉆桿與其他鉆具帶來的高負(fù)荷難題。”寶石機(jī)械一級(jí)工程師李亞輝說。
會(huì)戰(zhàn)35年來，塔里木油田積累了豐富的超深井鉆探經(jīng)驗(yàn)。特別是2023年，累計(jì)鉆成72口8000米級(jí)超深井，超深油氣產(chǎn)量占油田總產(chǎn)量的58%。無論是超深井?dāng)?shù)量還是產(chǎn)量，塔里木油田均居全國首位。塔里木油田企業(yè)首席專家、深地塔科1井井長王春生說：“近年來，我們在超深層領(lǐng)域不斷探索，配套形成了鉆機(jī)裝備、鉆井工具等超深鉆完井工藝技術(shù)體系，為我國萬米井的鉆探積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。”
在此基礎(chǔ)上，塔里木油田和承鉆該井的西部鉆探等單位抽調(diào)精銳，設(shè)立萬米科探井工作專班，組建9支技術(shù)支撐組，從地質(zhì)、工程等方面靶向攻關(guān)超硬耐研磨材料等前沿技術(shù)和儲(chǔ)備技術(shù)，為成功突破深地極限提供了有力保障。
攻克世界級(jí)難題 探地本領(lǐng)有多大
萬米深層存在著各種不確定性，這是最大的挑戰(zhàn)。不同巖性對(duì)工程影響截然不同，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。
塔里木油田勘探開發(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)目經(jīng)理孫崇浩表示：“如若地質(zhì)預(yù)測有誤差，工程上一點(diǎn)后手都沒有，很容易增大井下風(fēng)險(xiǎn)。”
為了擦亮探視地下的“眼睛”，塔里木油田結(jié)合井下地球物理參數(shù)，應(yīng)用地層精細(xì)化描述、VSP井中地震采集等技術(shù)，逐層對(duì)地層巖性開展預(yù)測分析，精細(xì)標(biāo)定并刻畫巖層的“音容笑貌”。“目前的實(shí)鉆情況和我們之前的地質(zhì)預(yù)測基本吻合，可以對(duì)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警提示。”孫崇浩說。
在看不見、摸不著的超深層，地質(zhì)模型就如同鉆井的“領(lǐng)航員”，工程技術(shù)則要保障地質(zhì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
塔里木油田為每套層系、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”地優(yōu)化調(diào)整鉆井參數(shù)。此外，還研發(fā)和應(yīng)用了承重1000噸的吊卡、抗拉強(qiáng)度達(dá)到942噸的鉆桿等近200項(xiàng)國內(nèi)頂尖裝備和技術(shù)，有力支撐了向萬米深層鉆探。
在地質(zhì)理論和工程技術(shù)的支撐下，深地塔科1井不僅在井斜、井徑、測井等關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)方面均達(dá)到100%的合格率，還在二開、三開固井下套管作業(yè)期間，創(chuàng)下我國大尺寸套管下入最深、套管下入噸位最大、大尺寸井眼國產(chǎn)儀器測井最深等多項(xiàng)紀(jì)錄，使用的材料、裝備國產(chǎn)化率達(dá)90%。
行百里者半九十 如何鉆透“最后一公里”
深地塔科1井于2023年5月30日開鉆，從0米到8000米，共耗費(fèi)了14只鉆頭，而從8000米至10000米，耗費(fèi)鉆頭的總量超過前8000米。
鉆頭消耗量劇增的背后，是鉆井難度的指數(shù)級(jí)遞增。“高處不勝寒”，挑戰(zhàn)才剛剛開始。
當(dāng)前的井下溫度已超過190攝氏度，鉆井工具所承受的壓力更是高達(dá)140多兆帕，金屬材料、橡膠材料、電子元器件能否經(jīng)受住萬米之下的考驗(yàn)，仍有待檢驗(yàn)。
手握“金剛鉆”，才能攬“瓷器活”。“在鉆頭切削齒選型等方面，我們持續(xù)迭代升級(jí)兼?zhèn)涔粜?、抗沖擊、抗研磨的新型混合布齒鉆頭，為萬米深地鉆探做好充足準(zhǔn)備。”塔里木油田油氣工程研究院院長、黨委副書記馮少波表示。
鉆井液是鉆井工程的“血液”，但目前耐溫等級(jí)最高的鉆井液在高溫和地應(yīng)力等因素的多重作用下，不僅密度會(huì)降低，還會(huì)對(duì)井下鉆井工具造成腐蝕傷害。針對(duì)萬米深地的超高溫，塔里木油田牽頭研發(fā)抗溫220攝氏度水基鉆井液體系，實(shí)現(xiàn)超高溫環(huán)境下，鉆井液流變性、挾砂能力等各項(xiàng)指標(biāo)保持穩(wěn)定不變。“這是我們國產(chǎn)鉆井‘血液’首次挑戰(zhàn)萬米深層，成功通過萬米超深嚴(yán)苛工況環(huán)境的實(shí)踐檢驗(yàn)。”塔里木油田勘探事業(yè)部鉆井液企業(yè)高級(jí)專家尹達(dá)表示。
每一次鉆頭的下潛，都是在探秘未知領(lǐng)域；每一米進(jìn)尺，都是挑戰(zhàn)“勘探禁區(qū)”。在向地下萬米的征程中，塔里木油田正加快推進(jìn)高水平科技自立自強(qiáng)，打好關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)，打造更多“大國重器”，不斷刷新“中國深度”。（記者 受吉相 王成凱 余果林）
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