深度调研丨攀登“地下珠峰” ——塔克拉玛干沙漠超深油气井勘探开发蹲点调研

　　石榴云/新疆日报记者 于江艳 刘毅

　　5月1日，中国石化部署的亚洲最深井“深地一号”跃进3-3XC井，在塔克拉玛干沙漠边缘开钻，设计井深9472米。

3月9日，塔里木油田果勒3C井完钻井深9396米，创亚洲最深水平井纪录。谭辉摄

　　塔克拉玛干沙漠号称“死亡之海”，曾经这里只有风沙流动的声音，如今一项项奇迹在这片沙海中诞生。今年3月，这里接连创下两个亚洲之最：中国石油塔里木油田果勒3C井完钻井深达9396米，创亚洲最深水平井纪录；中国石化西北油田顺北84斜井，垂深达8937.77米，创亚洲陆上垂深最深千吨井纪录。

　　当前，塔克拉玛干沙漠油气勘探开发如火如荼，一座座钻机呼啸着向地球深部挺进。截至目前，塔里木盆地已钻出160口超8000米深井，堪称一座座“地下珠峰”。

　　为什么要去攀登“地下珠峰”？持续向地球内部挺进，多深才是极限？带着一系列疑问，记者来到这一中国最大沙漠一探究竟。

　　端稳端牢能源饭碗的重大战略选择

　　相信很多人会有疑问：为什么要把钻井打这么深？

　　随着我国石油工业的不断发展，中浅层油气资源勘探开发已进入中后期，“中浅层油气发现难度越来越大，我们得到更深的地方去找。”西北油田勘探规划专家艾克拜尔·沙迪克说。

　　我国地下油气藏极其复杂，一些储集在地下缝洞中、一些充注在岩石孔隙里、还有些隐藏在微小裂缝间。如果将地下油气藏比喻成一座座房子的话，通常钻井打到“别墅”位置开采，周边连着“小阁楼”“储物间”等小房子，或许堵着一道“墙”导致联通不畅，中浅层难以完全开采出来。

2023年3月1日，西北油田顺北84斜井创亚洲陆上垂深最深千吨井纪录。李学仁摄

　　西北油田石油工程技术研究院研究员杨祖国长期致力于提高油藏采收率，据他介绍，目前我国油田平均采收率在35%左右，能达到50%以上的采收率已很不错，还有很多油藏采收率仅20%左右。

　　通常情况下，油井打下去后，依靠地层自身能量，油会自喷出来，当不能自喷后需要向油藏注水或注气，补充地层能量，将油驱替出来。我国东部一些老油田，因持续注水，油藏含水率高达90%以上，也就是说，采出来的九成以上都是水。

　　在此背景下，向地球深部挺进，成为重要选择。“超深层已成为我国油气资源增储上产主阵地，向地球深部挺进是保障我国能源安全的重大战略任务，是端稳端牢能源饭碗的重大战略选择。”中国工程院院士孙金声表示。

　　国际上，一般将超过4500米的井称为深井，超过6000米的称为超深井。我国最新一轮油气资源评价结果显示，塔里木盆地埋深超过6000米的石油和天然气资源分别占全国的83.2%和63.9%，约占全球深层油气资源总量的19%，勘探开发潜力巨大。

　　“塔里木盆地已探明油气储量当量超50亿吨，目前探明率仅32%左右。超深层油气资源储量占盆地资源储量50%以上，探明程度还很低。”塔里木油田勘探开发研究院勘探所一级工程师黄少英表示，向超深层拓展还有很大空间。

　　我国是能源消费大国，在新能源未大规模应用之前，仍需以油气为主的化石能源来支撑经济社会发展。

　　同时我国又是一个“富煤贫油少气”的国家，沙特等中东国家地下挖几百米到两三千米都能出油，而中国几乎把三四千米之内的浅层梳了一遍，难以有新的规模发现。为寻找新的战略接替，中国迫切需要新的突破，未来陆上油田主攻方向是深地和非常规油气开发。

　　塔里木盆地持续向地球深部挺进，已建成我国最大深层超深油气资源勘探开发生产基地；准噶尔盆地的吉木萨尔国家级陆相页岩油示范区和世界最大致密砾岩油田——玛湖油田，正向非常规油气发起进攻。

　　勘探开发难度全球罕见

　　物探是地质学家的“眼睛”，采集数据的质量决定着他们对地下情况的判断。

　　每年冬春季节，新疆物探人员深入千里荒漠戈壁，扛着一捆捆线圈和检波器，在大地上铺满阵列，通过人工模拟地震方式，向地下发射地震波，由地面检波器收集油气、岩层的反射信号。

　　这一过程如同给地层“做CT”。“这就好比站在珠峰峰顶，隔着层层云雾，要分辨和看清雅鲁藏布江上的一条条船。”西北油田勘探开发研究院总地质师韩俊说，要想探明地层深处的情况，地震波不仅要发射到地下八九千米地层，还要反射回地面，等于来回穿行1.6万米以上。

　　塔里木盆地超深层勘探开发主战场在顺北和富满区域，地处塔克拉玛干沙漠腹地，地表覆盖的厚厚沙层像棉花一样，将地震波能量吸收大半。同时，地震波在向地下穿透过程中，不同地质体会产生多种地震波，很多为无效信号。

　　物探报告不清楚，就无法精准定位油气藏富集位置。地质理论认识不到位，则可能导致井位部署方向不准。

2023年2月27日，顺北油气田石油人正加快钻井进度。李学仁摄

　　西北油田勘探开发研究院顺北勘探研究所党支部书记、副所长龚伟至今还记得，2014年打顺北第一口探井——顺北1井，按照溶洞型储层地质理论指导部署，虽然见到少量油气，但是规模小，测试还出水。“为什么会是水呢？”龚伟说，好长一段时间，大家都在反思，现在回头看实际上是打到断控圈闭外面了。

　　圈闭是油气聚集的场所，也是让地质学家魂牵梦绕的地方。

　　顺北和富满区域超深层发育走滑断裂带，犹如地震在马路上劈出来的巨大缝洞形成的集合体，要在断裂带内准确钻到圈闭，不仅要克服地下高温、高压、高含硫的“三高”问题，还要防井壁垮塌，钻头卡钻、漏失等各种工程风险。

　　钻出一座“地下珠峰”需要近千根钻杆，更换近20个钻头。向地下持续钻进过程中，由地面钻机传输动力，带动一节一节连起来的钻杆持续旋转，并带动钻头“啃”碎地下岩石。到地下八九千米，连起来的钻杆已像面条一样柔软。

　　与此同时，连接着钻杆的“水带”将钻井液沿着钻杆注入井底，在冷却钻头的同时，将切下来的岩石碎屑带回地面。

　　在塔里木盆地，中国最先进的万米钻机、金刚钻钻头、耐200摄氏度高温的钻井液、定向仪器等纷纷上场，这里已成为中国油气勘探开发领域最先进技术和最精良装备的试验场。

　　“对标全球13项工程难度指标，这里的高温高压、砾石厚度、盐层厚度与套数、盐水压力系数、高含硫等7项指标属世界级难题，其他难度指标也名列前茅。”孙金声说，塔里木盆地钻完井综合难度全球罕见。

　　刷新亚洲最深水平井纪录的塔里木油田果勒3C井，由中国石油集团渤海钻探工程有限公司库尔勒分公司BHZ9005队钻成。然而，谁又能想到，成功的背后却历经两次失败。

　　“前两家钻井公司打到8000米左右，地层出现垮塌，频繁憋停顶部动力装置，反复卡钻。卡钻后取不出来井就报废。”BHZ9005队队长康锁说，接到果勒3C井钻井任务后，该钻井队在8000米左右侧打水平段，连续打通2个储层6条断裂带。

5月1日，中国石化部署的亚洲最深井跃进3-3XC井开钻。王福全摄

　　在塔里木盆地，钻井打到八九千米，井下温度达到180摄氏度左右，高的甚至突破200摄氏度；井底压力达到150兆帕左右，最高突破170兆帕。

　　井底温度和压力尚在可控范围，最让康锁担心的是井底会不会高含硫化氢。

　　硫化氢是伴生在部分油气藏里的剧毒气体，吸入一定浓度将致人死亡。为此钻井队在施工过程中每2分钟就检测一次泥浆。当井钻到9000米时，70多人驻守施工，24小时紧盯现场。康锁的手持报话机，每3分钟就响1次。钻完井之前的几天，他几乎没睡过一个安稳觉。

　　科技攻关解决世界级难题

　　俗话说，上天容易入地难。在超深层每向下多钻100米，难度都呈几何级数增加。中国工程院院士孙龙德介绍，钻井从4500米打到6000米，人们经历了10年实践；从7000米打到9000米，经历了17年实践。

　　征战“死亡之海”，西北油田和塔里木油田不断深化地质理论认识，加快科技攻关，解决“卡脖子”难题。

　　3月27—28日，中国石化“深地工程”与勘探战略新领域专项研讨会在乌鲁木齐召开。来自中国石化系统内部20家单位的近百名专家对“深地工程”勘探及勘探战略新领域进行深入研讨。

　　4月20—23日，中国石油超深层复杂油气藏勘探开发技术研发中心主办、塔里木油田承办的“超深油气勘探开发技术交流会”举行，9位院士、数百名来自高校、科研院所及企业相关专家和学者共同聚焦塔里木盆地，对标314项超深层领域找油气技术瓶颈问题展开讨论。

　　世界级难题要用世界级技术去解决。塔里木油田坚持五湖四海搞科研、集智攻关解难题，向全球发布7个“揭榜挂帅”科研项目。西北油田与石油工程技术研究院、石油勘探开发研究院及国内外知名高校的研究团队组建“大兵团”，协同攻关解难题。

　　塔里木油田勘探开发研究院企业高级专家彭更新说，通过集智攻关，塔里木盆地台盆区成像精度已从8‰提升到1.8‰左右，库车山前复杂山地成像精度从5%提升到2%以内。

　　西北油田科研团队经历无数次探索和尝试后，在沙漠搭建起地震模拟弱信号恢复函数，在地层构建出另一个平行空间，通过3D数字模型，将储存油气的洞穴或裂缝精准雕刻出来。“我们已创新形成‘超深层储层立体成像技术’和‘缝洞体精细雕刻技术’，断裂识别精度从30米提高至15米。”西北油田勘探开发研究院院长李宗杰表示，现在可以对8000米以下地层进行360度扫描。

　　在一系列新技术加持下，中国石化“深地一号”顺北油气田基地钻井实现指哪打哪，从过去的“打不成”变成现在的“打得成、打得快、打得好、打得准”，成为中国石化“少井高产”示范区和深地勘探典范。

　　西北油田超深层石油已实现效益开采。“虽然打一口超深井投入是中浅层的10倍，但油气产出不止10倍。”西北油田采油四厂技术管理中心主任张文学说，西北油田不是为了打深井而打深井，一定要实现有效益的勘探开发。

　　在西北油田加速向地球深部挺进的同时，塔里木油田也“大干快上”，在超深层钻出丰富的油气产能。

　　“‘十二五’以来，基本每年探明储量90%以上都在超深层，2022年超深层油气产量达到1800万吨，比重已占到55%。”塔里木油田勘探开发研究院副院长兼总地质师杨宪彰说。

　　塔里木油田联合中国石油工程技术研究院、宝鸡石油机械有限责任公司等单位，创新超深油气井钻完井技术，合力研发超深井钻机、“非平面齿”强研磨抗冲击钻头等一批“国之重器”，支撑8000米以深钻井速度由以往的“一口井打两个春节”到现在“一年能打两口井”。

　　建成引领全球的超深层勘探开发示范基地，绝非“独角戏”，而是携手共进的“交响曲”。2021年，中石化、中石油牵手开展“中中合作”，推进塔里木盆地超深层勘探开发资源共享、优势互补、集智攻关、联合创新。

　　“绿框框是我们的工区，白框框是他们的，这是我们的，那是他们的……”摊开一张地图，顺着艾克拜尔手指方向，记者发现两大油田工区仅在一条断裂带上就交错七八次，真正形成了“你中有我、我中有你”的分布格局。

　　油气就藏在地质学家的脑海里

　　西北油田会战始于1978年。1984年，在塔里木盆地北部部署的沙参2井，原本准备放弃时，向下多钻了几十米，钻至5391米时，地下油气喷涌而出。此后沙参2井被命名为功勋井，由此拉开西北油田在新疆规模开发的序幕。

　　深一点，再深一点，就会有更好的油气“风景”。沿着这一思路，西北油田所属塔河油田将钻井打到五六千米。

　　塔河油田为缝洞型油藏，像是桂林溶洞。“刚开始，我们一直在找溶洞，找到后来发现顺北油气藏不是在溶洞里，而是在断裂带的缝洞里。”艾克拜尔说，这种认识完全是颠覆性的。

　　断裂怎能将油气储藏起来呢？恰恰顺北断裂带是个意外，经过多次地质运动后，断裂带上挤出的缝洞破碎带有些被细如陶泥的盖层盖住了，油气没有挥发。

　　自2010年开始的七八年间，西北油田先后组织两轮系统盆地编图，率先提出走滑断裂带控储、控藏、控富认识，形成在低隆区沿断裂带寻找原生油气藏的勘探思路，坚定在断裂带上找油气富集区的信心。

　　2015年，西北油田部署的顺北1-1井获高产油气流，且都是优质轻质油，基本上简单过滤后就能加到小四轮拖拉机里使用，具有较高商业开发价值。接着，西北油田在1号断裂带部署2口评价井和4口开发井，全部获得高产。2016年8月，中国石化宣布在顺北油气田取得重大商业发现，并派出首批12人的先遣队开发顺北。

　　张文学正是12人之一，在沙漠腹地的铁皮房住了两年半，冬天冷到零下二三十摄氏度，春天常常遭遇沙尘天气侵扰，夏天更是热到40摄氏度以上，天天汗水湿透衣裳。

　　回忆起那段艰苦岁月，张文学至今心潮澎湃：“虽然吃了不少沙子，但打出了一批高产井，心里比吃了蜜还甜。”

　　塔里木油田会战始于1989年。1998年以前，以经典的背斜构造理论为指导，塔里木油田在库车和塔西南中浅层部署30多口探井，几乎全部失败。背斜构造，实际上就像一口大锅，是储藏油气的“仓库”。

　　打探井就像开盲盒。在与世隔绝的戈壁荒漠，奋战几百天，开出来一个空盒，于钻井人，是比井还深的绝望；于勘探人，是比山还大的压力。

　　转变思想，重振士气。1998—2002年，塔里木油田以断层相关褶皱理论为指导，发现了克拉2、迪那2等大气田，推动西气东输工程启动。

　　但是随后的2002—2006年，库车坳陷区域勘探16口井全部失利，勘探又陷入低潮期。

　　油气发现大场面在哪里？时任塔里木油田公司总经理的孙龙德决定从非石油院校引进一批人才，补充新鲜血液。“2004年，孙总到我们学校来演讲，我就是听了他的演讲后来到塔里木油田的。”毕业于北京大学地质系的黄少英说。

　　跳出浅层背斜构造找油气的认识禁锢，2008年左右塔里木油田引进盐相关构造理论。在这一理论指导下，2008—2018年，在库车山前发现克深2、大北3、博孜9等多个气藏，形成克拉—克深、博孜—大北两个万亿立方米大气区。“库车山前盐膏层厚的地方有近4000米，薄的地方100多米。盐膏层受到挤压后发生塑性变形，导致盐上和盐下地层分层变形，在盐下形成成排成带的背斜或断背斜圈闭。”黄少英说。

　　自此，塔里木油田钻井深度从四五千米跨越到六七千米，最深突破8000米。

　　随着一口口高产井的打出，富满油田再次迎来原油上产“黄金期”。塔里木油田供图（拍摄时间2020年12月3日）

　　油气就藏在地质学家的脑海里，石油工业的每一次大发展都离不开地质理论的飞跃。2013—2016年，塔里木油田地质人员攻关发现碳酸盐岩走滑断裂控储、控藏更控富，在此理论指导下实现“富满之下找富满”，发现10亿吨级大油田。

　　此后，钻井深度再一次跨越，从8000米提升到9000米以上。

　　向万米超深层挺进

　　钻井已打到9000多米，继续打下去会不会打穿地壳？

　　众所周知，地球从结构上分为地壳、地幔和地核。地壳是地球的表面层，大陆地壳平均厚度35千米，地幔厚度约2900千米，地核半径约3480千米。“如果将地球比作一个鸡蛋，我们现在也就是刚打到鸡蛋壳里，连鸡蛋壳都没穿破。”艾克拜尔解释。

　　迄今，世界最深钻井为前苏联的科拉CR-3井，垂直井深12262米，打了20多年，主要目的是科学探索。

　　当前，以开采油气为目的的深地钻井，主要集中在美国墨西哥湾、中国塔里木盆地和四川盆地。其中，塔里木盆地和墨西哥湾已实现规模开发。

　　2016年，在全国科技创新大会上，习近平总书记提出：“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题。”

　　同年，国务院在《“十三五”国家科技创新规划》中提出，要发展深海、深地、深空、深蓝等领域的战略高技术。目前，我国“深空”已实现航天器登月，“深海”已有载人潜水器抵达海洋最深处，而“深地”的探索，至今仍未突破1万米。

　　“塔里木石油人不仅要征战‘死亡之海’，还要征战万米深地，实现科技自立自强，争做全球超深层技术引领者。”孙龙德说。

　　在他看来，挺进万米超深层，重要意义比肩人类登月。

　　为进一步认识地球深部，2019—2022年，塔里木油田实施“五横五纵”的格架线物探工程，从东到西最长线1100公里，从南到北最长线500多公里，对塔里木盆地进行精细扫描。

　　黄少英至今还记得，当时向公司汇报时，光1条格架线的剖面图和解释资料，一辆车的后备箱都装不下，约60平方米的汇报室4面墙都挂满了剖面图，桌子上摆满解释资料。而10条线的剖面图和解释资料，加起来能装满一辆卡车。

　　2022年，在“五横五纵”格架线工程即将完成之际，塔里木油田又启动“十横十纵”工程，网格线间距缩小到32千米，可扫描到地下1.6万米深处。

　　曾经，世界油气勘探开发专家将8000米以下视为油气禁区，认为在如此高温高压环境下，埋藏数亿年的石油早就烧干了。

　　然而，塔里木盆地却是一个例外。塔里木油田与全国近20个科研院所反复实验，连续数年研究后发现，塔里木盆地其实是一个冷盆。我国东部钻井打到6000米，井底温度高达200摄氏度，而在塔里木盆地打到八九千米最高温度才有突破200摄氏度的。

　　油气从烃源岩运移出来，也就是说烃源岩是油气藏形成的界限。而塔里木盆地这个冷盆的烃源岩界限在哪？至今油气勘探开发专家也没找到全部源头。

　　当前，塔里木油田超深层油气藏主要在奥陶系（4.38亿年至4.8亿年前地层）。持续向地球深部挺进，近年来在寒武系（4.8亿年至5.4亿年前）也钻出油气，再向下震旦系（5.4亿年至6.5亿年前）、南华系（6.5亿年至7.5亿年前）是否还有油气？需要超万米的深地钻井去证实。

　　塔里木盆地形成于20亿年前，曾经这里是汪洋大海，地质演变过程中将大量生物遗体埋藏在地层深处，在高温高压环境下发生物理化学反应形成油气，并逐渐运移到岩石孔洞和缝隙中。“俄罗斯在西伯利亚发现13亿—14亿年前地层都有烃源岩。”黄少英坚信塔里木盆地万米深处仍有油气。

　　曾经沧海变沙海，如今塔里木盆地中心被世界第二大流动沙漠——塔克拉玛干沙漠覆盖。历经20亿年的风霜，塔里木盆地经历了3次大的伸展挤压旋回，并多次叠加变形后形成现在的模样。拿石油专家的话来说，塔里木盆地就像是一摞盘子打碎后又被踹了几脚，这个地质构造极其复杂的盆地，从高空俯瞰像是一只眼睛。塔里木盆地这只深邃的眼睛到底藏着怎样的油气秘密？尚在等待更多高科技去发现。