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入地一万米

2024年03月04日 23:10:45 来源: 石榴云/新疆日报

　　石榴云/新疆日报记者于江艳通讯员王成凯

　　1万米，如果像马拉松选手那样奔跑，最快26分24秒可以跑到；如果是普通人步行，则需要3小时左右；我国石油工业从钻探地下4700米“深探”到1万米，经历了近60年实践，直到2024年3月4日才实现。

3月4日，中国石油塔里木油田驻深地塔科1井的专家及技术人员在井架上欢呼庆贺。陈士兵摄

　　这一天，在有着“死亡之海”之称的塔克拉玛干沙漠腹地，一项新纪录诞生，升腾起新的活力——中国石油塔里木油田部署的深地塔科1井，突破万米大关。至此，中国新疆钻出亚洲第一口万米直井、世界陆上第二垂深井。

　　这是我国在深空、深海、深地、深蓝领域的战略高技术部署中，又一具有里程碑意义的重大突破。不仅代表着我国自主攻克了万米级特深井钻探技术瓶颈，更标志着我国钻探能力及配套技术跻身国际先进水平。

　　地下一万米，非入不可吗？

　　上天、下海、入地，是人类探索自然的三大壮举。

　　然而上天难，入地更难。

　　人类对地球内部的直接观测十分有限。目前，大多是通过地球物理学等间接方法获得推测，而科学钻探是获取地球深部物质和了解地球内部信息最直接、最有效、最可靠的方法。

　　回望我国陆上深层油气探索史，最早可追溯到20世纪60年代，1966年，在大庆油田钻成第一口深井——4718.77米深的松基6井；1976年在四川武胜钻成第一口超深井——6011米深的女基井。

　　国际上，一般将4500米至6000米深的井定义为深井，6000米以深的井为超深井。

　　进入21世纪，钻井技术快速发展，钻探深度纪录不断刷新。2019年，塔里木油田轮探1井完钻，垂直深度达8882米。

　　然而，在深邃的“地宫”寻油找气，难度比肩“嫦娥”探月、“蛟龙”下海。

　　既然如此的难，为何还要在人迹罕至的塔克拉玛干沙漠去打一口万米超深井呢？

　　“万米深地科探工程是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。”中国工程院院士孙金声表示，深地塔科1井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。

2月6日，技术人员在深地塔科1井井场忙碌。李涛摄

　　当前，超深层油气勘探开发技术是各国在油气领域角逐的高端技术。能否掌握这一领域的关键核心技术，实现高水平科技自立自强，对保障我国能源安全意义重大。

　　孙金声认为，万米深井钻探，不仅可以加快打造万米超深层油气资源钻探关键技术，还将带动我国深地勘探开发整个产业链迭代升级。

　　我国深层、超深层油气资源达671亿吨油当量，占全国油气资源总量的34%。深地塔科1井所处的塔里木盆地，是我国最大深地油气富集区。

　　目前，塔里木油田日产油气当量超10万吨，6000米以深的井产量已占总产量的58%。

　　虽然超深井钻井投入高，但在塔里木盆地，一口超深油气井日产油气当量最高可达1000余吨，相当于数十口甚至上百口浅层气井产量。向地球深部进军，在更深更古老地层系寻找资源战略接替区，已成为中国石油保障能源安全的必由之路。

　　进军地球深部，靠什么？

　　迄今为止，人类探索地球最大垂直深度为12262米，也就是前苏联科拉SG-3井的深度。这口井前后钻探耗时23年，其中艰难不言而喻。

　　设计深度超万米的深地塔科1井同样困难重重，自上而下要穿透13套地层系，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、多种复杂岩性等“四超”“三高”“两多”挑战。

　　中国工程院院士赵文智表示：“万米钻探最大一个特点就是未知性，有未知性就充满风险，就像进入无人区一样，你不知道下一步会遇到什么样的地质或工程风险。”

技术人员在观察套管丝扣。陈士兵摄

　　挑战万米超深层，这口井能不能打得成、打得好？中国石油自主答好“向深地进军”这道难题，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关键技术难题，研制出全球首台12000米特深井自动化钻机，具有100%自主知识产权，入选2023年度央企十大国之重器。制造这台钻机的中国石油宝鸡石油机械有限责任公司一级工程师李亚辉说：“与普通钻机相比，这台钻机载重提升能力强得多，达到900吨，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。”

　　负责该井的中国石油塔里木油田具有丰富的超深井钻探经验。截至目前，塔里木油田钻出超8000米深的井已达140余口，特别是2023年，仅一年就钻成72口8000米级超深井。超深井数量、产量，塔里木油田均位列全国首位。

　　塔里木油田企业首席专家、深地塔科1井井长王春生说：“通过多年超深层探索实践，配套形成了钻机装备、钻工具、钻井液、下套管固井、超深井取芯等超深钻完井工艺技术体系，为我国万米井钻探积累了丰富经验。”

3月3日，矗立在茫茫沙海中的深地塔科1井。陈士兵摄

　　征战“死亡之海”万米深地，不仅需要大国重器，还需要超凡毅力和勇气。深地塔科1井矗立在茫茫沙海，这里常年沙尘侵扰，夏季高温难耐，冬季寒风刺骨。

　　“深地塔科1井凝聚着几代石油人心血，一经开钻就受到全世界关注。”中国石油集团西部钻探工程有限公司巴州分公司120001钻井队平台经理林楠表示，每一位参与和实施深地塔科1井钻井工程的石油人，都无上光荣，将不负使命、不负韶华，在塔里木盆地打出“大国深度”。

　　攻克世界级难题，本领有多大？

　　塔里木盆地钻完井综合难度全球罕见。“对标全球13项工程难度指标，这里的高温高压、砾石厚度等7项指标属于世界级难题，其他难度指标也名列前茅。”孙金声说。

　　曾经，塔里木盆地是一片汪洋大海。地质运动中，历经三次大的伸展挤压和旋回、并多次叠加变形后，曾经的沧海变成了沙海，被世界第二大流动沙漠塔克拉玛干沙漠覆盖。

　　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，地质构造毫无规律可循，和全球各大超深油气田截然不同。

　　地质不清，钻井就像“盲人摸象”。

　　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：“若地质预测有误，工程上没有任何后补余地，很容易引起井下风险。”

深地塔科1井井场，技术人员在观察岩屑。陈士兵摄

　　为擦亮探视地下的“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、井中地震采集等技术，逐层对地层岩性开展攻关性预测分析，精细标定并刻画岩层的“相貌”。

　　“目前，实钻情况和地质预测基本吻合，有效应对了可能出现的地质风险。”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”。反过来，工程技术则要保障地质目标实现。但从地表精准钻至万米之下目标点位，钻探工程难度极大。

　　此外，连接钻头和钻机的是近1200根钢制钻杆，仅重量就达到400余吨。还要将2500多根套管一段一段分别送入地下，套管重量之和就超过2000吨。

　　为此，塔里木油田为每套地层层系、每个井段，都“量身定做”了相应钻工具组合和工程技术对策，“一段一策”优化调整钻井参数。同时，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，钻井材料和装备国产化率达90%，有力支撑了万米超深井钻探。

　　“攻关超深难钻地层防斜打直等系列技术，有效解决了高硬度、强研磨性地质钻井难题，实现超深岩层‘打得动、钻得直’；攻关长裸眼、大尺寸、大吨位下套管等系列技术，实现下套管固井作业‘下得稳、固得住’。”塔里木油田勘探事业部副经理张志说。

　　在地质理论和工程技术支撑下，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%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。

　　最后一公里，准备好了吗？

　　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，耗费钻头的总量和前8000米相当，单只钻头的平均工作不过150米，就会磨损非常严重。

3月3日，深地塔科1井井场的技术人员在查看钻头损伤情况。李涛摄

　　钻头消耗量剧增的背后，是钻井难度的指数递增。钻至万米后，地层温度超过200℃，地层压力超过130兆帕。如此高温高压作业环境，如同一辆重型卡车行驶在两根细钢丝绳上。

　　就在深地塔科1井距离万米井深还剩最后23米时，复杂地层与极端工况挑战叠加，加之超高吨位、超大扭矩的钻具在狭小的空间中高负荷运转，井下突然遭遇工程复杂，钻具在超重负荷下疲劳失效，重达290吨、8400多米长的钻具断落井中。

　　类似复杂的井下工程，塔里木油田并不是第一次遇见，然而在接近万米的深地断落超长超大吨位钻具，复杂处置程度在塔里木油田乃至我国还尚属首次。经多轮次分析论证，石油人第一时间研判井下复杂情况，实施卡瓦打捞筒打捞、反扣母锥换鱼头、对扣打捞等一系列措施，终于接通了钻杆。

　　然而，钻具水眼憋堵、卡钻等复杂接踵而来，石油人多轮次上下活动钻具，使用震击器反复震击管柱，快速憋压、泄压……连续4天昼夜不停的高难作业，先后60次震击解卡，终于成功处置了井下复杂情况，继续向着万米进发。

　　专家预测，钻至11100米，井底温度近220℃，一般设备和仪器内的电子元器件、橡胶等可能损坏失效。

　　万米之下，继续向地球深部挺进，每向下多“攀登”1米，钻探难度都会成倍增加。

　　如此之难，“最后一公里”该怎么打？

　　俗话说，“没有金刚钻，别揽瓷器活”。我国自主研发了高效破岩人造金刚石钻头，这些钻头在井场上摆成两排，已有29只立下赫赫战功。“从钻头切削齿选型、布齿优化设计、表面处理工艺等方面入手，我国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，已为万米深地继续钻进做好充足准备。”塔里木油田油气工程研究院院长冯少波表示。