深地万米立起中国“新地标”

  ——我国首口设计井深超万米科学探索井钻探纪略
  [中国石油新闻中心2024-03-21]3月20日，位于塔克拉玛干沙漠腹地的深地塔科1井钻探深度达10006米，正朝着11100米的目标井深挺进。这是我国在“深空、深海、深地、深蓝”领域具有里程碑意义的重大突破。这不仅代表着我国自主突破了万米级深井钻探技术瓶颈，而且标志着我国钻探能力及配套技术跻身国际先进水平。
  入地一万米非入不可吗
  用时279个日夜，耗费29只钻头，使用1060余根钻杆，钻穿12套地层，深地塔科1井成功打通了一条纵贯地上与地下万米的油气通道。在万顷流沙下，一座地下丰碑傲然崛起。
  上天难，入地更难。1970年，我国发射的第一颗人造地球卫星——“东方红一号”被长征一号运载火箭送入近地点441千米、远地点2368千米的椭圆轨道。而从地下4700多米到10000米，中国石油工业走过了近60年。20世纪60年代，我国才钻成第一口深井——4718.77米深的大庆油田松基6井。
  万米深地，如此之难，非入不可吗？
  “推进万米深地科探工程不仅是我们加快实现高水平科技自立自强、打造超深油气原创技术策源地的迫切需要，而且对探索地壳深部结构及大陆演化、发现油气资源具有重要意义。”中国工程院院士孙金声表示。
  最新一轮资源评价结果显示，世界新增油气储量的60%来自深部地层，我国83%的深地油气仍有待探明开发。深地塔科1井所在的塔里木盆地是我国最大的深地油气富集区。数据显示，目前塔里木油田日产油气当量超10万吨，6000米以深的产量已超油田总产量的“半壁江山”。一口超深气井日配产可达百万立方米，相当于数十口甚至上百口浅层气井的产量。
  向地球深部进军，在更深更古老层系寻找油气资源战略接替区，已然成为中国石油保障国家能源安全的必由之路。
  进军地球深部我们靠什么
  钻进设计深度超万米的深地塔科1井，困难重重。自上而下要穿透13套地层，面临超深、超高温、超高压、超长裸眼段，高应力、高研磨、高盐，多套压力体系、多种复杂岩性“四超”“三高”“两多”挑战。
  中国工程院院士赵文智说：“万米钻探最大的特点就是未知，有未知就有风险。这就像进入无人区，你不知道下一步会遇到什么样的地质或工程风险，这是最具挑战性的领域之一。”
  面对恶劣的井况，在如此深的地下，这口井能不能打得成、打得好？
  集团公司集结各方精兵强将，答好“向深地进军”这道题，攻克了超高钻台大载荷提升系统、智能控制一体化平台集成技术等相关的关键技术难题，成功研制全球首台具有自主知识产权的12000米特深井自动化钻机。
  “与普通钻机相比，这台钻机载重提升能力由三四百吨提高到900吨，可轻松吊起2架满载的波音747-8客机，有效解决了1200多节上下相连的钻杆与其他钻具带来的高负荷难题。”宝石机械一级工程师李亚辉说。
  会战35年来，塔里木油田积累了丰富的超深井钻探经验。特别是2023年，累计钻成72口8000米级超深井，超深油气产量占油田总产量的58%。无论是超深井数量还是产量，塔里木油田均居全国首位。塔里木油田企业首席专家、深地塔科1井井长王春生说：“近年来，我们在超深层领域不断探索，配套形成了钻机装备、钻井工具等超深钻完井工艺技术体系，为我国万米井的钻探积累了丰富的实践经验。”
  在此基础上，塔里木油田和承钻该井的西部钻探等单位抽调精锐，设立万米科探井工作专班，组建9支技术支撑组，从地质、工程等方面靶向攻关超硬耐研磨材料等前沿技术和储备技术，为成功突破深地极限提供了有力保障。
  攻克世界级难题探地本领有多大
  万米深层存在着各种不确定性，这是最大的挑战。不同岩性对工程影响截然不同，往往刚钻透硬如金刚石的硅质岩，下一米就会钻遇柔似橡皮糖的膏岩层。
  塔里木油田勘探开发研究院风险勘探研究部台盆区风险勘探研究项目经理孙崇浩表示：“如若地质预测有误差，工程上一点后手都没有，很容易增大井下风险。”
  为了擦亮探视地下的“眼睛”，塔里木油田结合井下地球物理参数，应用地层精细化描述、VSP井中地震采集等技术，逐层对地层岩性开展预测分析，精细标定并刻画岩层的“音容笑貌”。“目前的实钻情况和我们之前的地质预测基本吻合，可以对地质风险实现提前预警提示。”孙崇浩说。
  在看不见、摸不着的超深层，地质模型就如同钻井的“领航员”，工程技术则要保障地质目标的实现。
  塔里木油田为每套层系、每个井段，都“量身定做”了相应钻井工具组合和工程技术对策，“一段一策”地优化调整钻井参数。此外，还研发和应用了承重1000吨的吊卡、抗拉强度达到942吨的钻杆等近200项国内顶尖装备和技术，有力支撑了向万米深层钻探。
  在地质理论和工程技术的支撑下，深地塔科1井不仅在井斜、井径、测井等关键质量指标方面均达到100%的合格率，还在二开、三开固井下套管作业期间，创下我国大尺寸套管下入最深、套管下入吨位最大、大尺寸井眼国产仪器测井最深等多项纪录，使用的材料、装备国产化率达90%。
  行百里者半九十如何钻透“最后一公里”
  深地塔科1井于2023年5月30日开钻，从0米到8000米，共耗费了14只钻头，而从8000米至10000米，耗费钻头的总量超过前8000米。
  钻头消耗量剧增的背后，是钻井难度的指数级递增。“高处不胜寒”，挑战才刚刚开始。
  当前的井下温度已超过190摄氏度，钻井工具所承受的压力更是高达140多兆帕，金属材料、橡胶材料、电子元器件能否经受住万米之下的考验，仍有待检验。
  手握“金刚钻”，才能揽“瓷器活”。“在钻头切削齿选型等方面，我们持续迭代升级兼备攻击性、抗冲击、抗研磨的新型混合布齿钻头，为万米深地钻探做好充足准备。”塔里木油田油气工程研究院院长、党委副书记冯少波表示。
  钻井液是钻井工程的“血液”，但目前耐温等级最高的钻井液在高温和地应力等因素的多重作用下，不仅密度会降低，还会对井下钻井工具造成腐蚀伤害。针对万米深地的超高温，塔里木油田牵头研发抗温220摄氏度水基钻井液体系，实现超高温环境下，钻井液流变性、挟砂能力等各项指标保持稳定不变。“这是我们国产钻井‘血液’首次挑战万米深层，成功通过万米超深严苛工况环境的实践检验。”塔里木油田勘探事业部钻井液企业高级专家尹达表示。
  每一次钻头的下潜，都是在探秘未知领域；每一米进尺，都是挑战“勘探禁区”。在向地下万米的征程中，塔里木油田正加快推进高水平科技自立自强，打好关键核心技术攻坚战，打造更多“大国重器”，不断刷新“中国深度”。