深地塔科1井鉆井工人正輔助自動(dòng)化鉆機(jī)接鉆桿。趙炳春攝(人民視覺)
能源保障和安全事關(guān)國計(jì)民生，是須臾不可忽視的“國之大者”。深層、超深層已成為我國油氣勘探的主陣地，油氣資源量占全國油氣資源總量的34%。其中，塔里木盆地是我國陸上油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)潛力最大的盆地之一，埋深超過6000米的石油和天然氣資源分別占全國的83.2%和63.9%。當(dāng)前，塔里木盆地勘探開發(fā)全面進(jìn)入超深層，已建成我國最大超深層油氣生產(chǎn)基地。
新疆，沙雅縣。八月的塔克拉瑪干，熱浪滾滾、黃沙漫漫。不時(shí)可見的梭梭、紅柳，倔強(qiáng)地鉆出地面，與風(fēng)沙展開頑強(qiáng)的較量。
一望無邊的沙海之中，路在蜿蜒，車在顛簸，草方格努力縛住連綿的沙丘。極目望去，架在空中的電線縱橫向遠(yuǎn)方。路旁不時(shí)閃過的鉆井、站房，標(biāo)注著地下輸油氣管網(wǎng)延伸的軌跡。
我國首口萬米深地科探井，探地深度不斷刷新;“深地一號(hào)”工程工地，油氣勘探夜以繼日。
這片曾經(jīng)寥無人煙的沙海，如今正澎湃著能源汩汩流動(dòng)的脈搏。
奮戰(zhàn)——
垂直深度超8000米的深井已有100多口
在石子路上顛簸了許久，遠(yuǎn)遠(yuǎn)的，看到地平線上一座紅白相間的巨大井架巍然矗立。走近了，隆隆的鉆機(jī)聲震耳欲聾。在中國石油深地塔科1井現(xiàn)場，鉆井、固井、測井……身著紅色工服的工作人員頂著烈日正在酣戰(zhàn)。
井架旁邊的活動(dòng)板房里是智慧指揮平臺(tái)，大屏幕上是密密麻麻的施工參數(shù)、多個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻，直觀展示著鉆井的進(jìn)度。
“目前，該井已經(jīng)鉆至5856米。”中國石油塔里木油田公司首席技術(shù)專家王春生快人快語。
通過視頻，可以看到鉆井作業(yè)的中樞——司鉆房。司鉆正手握剎把，凝視著面前的多塊大屏幕，全神貫注進(jìn)行操作，鉆桿在數(shù)千米的地下轉(zhuǎn)動(dòng)掘進(jìn)……
與此同時(shí)，一片頑強(qiáng)生長的胡楊林邊，中國石化“深地一號(hào)”躍進(jìn)3—3XC井正向著地下9000米挺進(jìn)。
“這片井場有3口井，其中兩口已經(jīng)投入生產(chǎn)，正在施工作業(yè)的就是躍進(jìn)3—3XC井。”中國石化西北油田分公司代表張煜介紹，這口井設(shè)計(jì)井深達(dá)到9472米，截至8月21日，已掘進(jìn)到8273米。
在塔里木盆地，由于油氣大多蘊(yùn)藏在深度6000米以下，像這樣向地球深處挺進(jìn)的鉆井還有很多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國石油塔里木油田超過6000米的深井?dāng)?shù)量已達(dá)1700多口，占全國80%以上，其中超8000米的深井已成功鉆探超100口;中國石化在塔里木盆地鉆探垂直深度超過8000米的油氣井已達(dá)到57口。
作為我國最大的深地油氣富集區(qū)，塔克拉瑪干的沙海，已成為我國最大超深油氣生產(chǎn)基地，發(fā)現(xiàn)和開發(fā)了富滿、克深、順北等大型油氣田。通過長期探索，形成了9000米鉆完井、試油改造、測井等工程配套技術(shù)，培養(yǎng)了一支涵蓋油氣地質(zhì)、地球物理、鉆完井、儲(chǔ)層改造、測試、測井等方面超深油氣勘探開發(fā)的專業(yè)化隊(duì)伍。
攻關(guān)——
關(guān)鍵技術(shù)裝備實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化
一深帶萬難。通常而言，業(yè)內(nèi)將4500米到6000米的井深定位為深井，6000米到9000米的井為超深井，超過9000米的井為特深井。能夠?qū)⒕钔七M(jìn)到幾千米，有賴于我國工業(yè)制造能力的整體提升。我國設(shè)備廠商打破國外技術(shù)壟斷，研發(fā)出一批關(guān)鍵核心技術(shù)裝備，實(shí)現(xiàn)了從“打不成”到“打得快、打得準(zhǔn)”的跨越。
深地塔科1井設(shè)計(jì)井深1.11萬米，是我國首口萬米深地科探井，預(yù)計(jì)鉆井周期457天，目前僅用時(shí)數(shù)十天進(jìn)尺就已經(jīng)打了過半，但鉆井工程總進(jìn)度不過10%。
“到達(dá)一定深度后，每向下一米，難度呈幾何倍數(shù)增長。”中國石油塔里木油田勘探事業(yè)部經(jīng)理段永賢說，“越往深挖，壓力越大，溫度越高。高溫高壓之下，鉆桿就像煮熟的面條一樣軟，在超過萬米的深地，要面對(duì)的是超210攝氏度超高溫、130兆帕超高壓等工況。”
一套鉆井設(shè)備大致可以分為鉆機(jī)、鉆頭和連接兩者的鉆桿。
鉆機(jī)是深井工程的“動(dòng)力心臟”。深地塔科1井采用我國自主研制的全球首臺(tái)1.2萬米特深井自動(dòng)化鉆機(jī)。這臺(tái)鉆機(jī)高達(dá)72米，相當(dāng)于24層樓高。中國石油寶石機(jī)械有限公司現(xiàn)場服務(wù)負(fù)責(zé)人張矛勝告訴記者，與普通鉆機(jī)相比，載重提升能力由三四百噸提高到900噸，可以同時(shí)吊起150頭成年大象。
鉆機(jī)提供了強(qiáng)大動(dòng)力，而與地下巖層硬碰硬的，是鉆頭。在“深地一號(hào)”躍進(jìn)3—3XC井場，陳列了10多種鉆頭。“現(xiàn)在國內(nèi)深井鉆探普遍應(yīng)用的都是我們的鉆頭，相較于進(jìn)口，成本下降了一半。”中國石化江漢石油工程第二鉆井公司副經(jīng)理李錦峰介紹，“藍(lán)色的是牙輪鉆頭，除了在鉆桿的帶動(dòng)下能夠轉(zhuǎn)動(dòng)外，前面的3個(gè)牙輪也可以旋轉(zhuǎn)，能應(yīng)對(duì)各種不同的地層。旁邊這種金色的是PDC(聚晶金剛石復(fù)合片)鉆頭，它附著著非常堅(jiān)硬的人工金剛石‘牙齒’，能夠一點(diǎn)點(diǎn)啃下硬質(zhì)巖層。”
在“又深又黑”的地下，如何準(zhǔn)確找到油氣?
在工地一角碼放的金屬桿引起了記者的注意。“這些金屬探桿中安裝有隨鉆測控儀器，經(jīng)過迭代升級(jí)，可適應(yīng)200攝氏度的高溫，能夠?qū)⒋股?000米以下鉆井信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至地面，仿佛給鉆頭裝上眼睛，可以隨時(shí)調(diào)整鉆頭行進(jìn)軌跡。”中國石化西北油田石油工程技術(shù)研究院鉆井研究所工程師楊衛(wèi)星介紹。
和常規(guī)鉆井不同，“深地一號(hào)”躍進(jìn)3—3XC井在幾千米的地下來了一個(gè)大拐彎。由于油氣資源位于塔里木河上游濕地自然保護(hù)區(qū)下方，鉆井必須在生態(tài)保護(hù)區(qū)域之外先垂直下鉆，然后再進(jìn)行3400多米的水平鉆進(jìn)。“這應(yīng)用了我們的超深大位移鉆井技術(shù)。常規(guī)的鉆井就像一根吸管插到底，在這里則像是用一根L形的吸管，插到底部后，再橫向延伸。”楊衛(wèi)星打了一個(gè)形象的比喻。
突破——
以技術(shù)創(chuàng)新挑戰(zhàn)深地極限
特深井鉆探是油氣工程技術(shù)瓶頸最多、挑戰(zhàn)最大的領(lǐng)域，要直面超高溫、超高壓、地層易垮塌等極端惡劣情況。而在塔里木盆地，還要面對(duì)“國內(nèi)僅有，世界少有”的地下巖層組合。經(jīng)過幾億年地殼運(yùn)動(dòng)，塔里木盆地的地層變得支離破碎，其構(gòu)造被地質(zhì)學(xué)家比作“一摞盤子摔碎了，又被踢了幾腳”。
“世界上公認(rèn)的鉆完井13項(xiàng)工程難度指標(biāo)系數(shù)，塔里木盆地有7項(xiàng)指標(biāo)名列第一，其他指標(biāo)也均在前列，綜合難度全球罕見。在這里進(jìn)行深地勘探是項(xiàng)涉及地質(zhì)、物探、工程、鉆井等多專業(yè)多學(xué)科的系統(tǒng)性工程。”王春生表示。
在如此深且復(fù)雜的地層尋找油氣資源，就好比站在珠穆朗瑪峰頂要看清雅魯藏布江上的游船，怎樣才能知道地下哪個(gè)位置埋藏著油氣資源呢?
近年來，依托重大科技專項(xiàng)，我國在地質(zhì)理論與工程技術(shù)兩方面取得一系列創(chuàng)新成果，初步形成了深層—超深層成烴—成儲(chǔ)—成藏油氣地質(zhì)理論，奠定了萬米深層油氣資源開采的基礎(chǔ)。同時(shí)，依靠世界領(lǐng)先的三維物探技術(shù)，科研人員可以“看清”井位所在的地層結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于為地層做了一次“CT”，讓地下縱橫交錯(cuò)的油氣脈絡(luò)更加清晰。
“縱使有系統(tǒng)的科學(xué)支持，但鉆井有時(shí)就像‘開盲盒’。”張煜說，“目前我們的探井成功率能達(dá)到50%以上，遠(yuǎn)高于世界平均30%的水平，而開發(fā)井的成功率則達(dá)到100%。”
“對(duì)于深地塔科1井來說，打萬米深井還存在很多空白領(lǐng)域，許多機(jī)理仍然不清，會(huì)出現(xiàn)難以預(yù)料的突變。但從理論到技術(shù)，再到裝備，都有了長足進(jìn)步，我們有信心把這口井打快打好。”王春生表示。
鉆頭24小時(shí)不停鉆，在深地塔科1井的工地上，一排木盒子里裝著一格格巖屑，對(duì)應(yīng)著地層深度的編號(hào)。
除了油氣發(fā)現(xiàn)，深地塔科1井還肩負(fù)著科學(xué)探索的任務(wù)。這些通往地球深處的鉆井，如同一根根探針，探尋著地層深處的秘密，求解地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和演化規(guī)律，為地球科學(xué)研究進(jìn)一步提供重要數(shù)據(jù)支持，也豐富著我們對(duì)于這顆星球的認(rèn)知。
