油气信息化

揭秘中国首口超万米科探井胜利完钻系列报道·工程篇

自然界的最高峰是珠穆朗玛峰,高度为8848.86米,但若将其倒置放在马里亚纳海沟,其峰顶也无法触及海沟的底部,因为在其最深处,深度超过万米,这是地球海洋的最深处。


而在陆上的塔里木盆地,有着一口超越珠峰高度的井。日前,中国首口超万米科探井——深地塔科1井在地下10910米完钻,成为亚洲第一、世界第二垂深井。同样超越万米的深度,与海洋波涛汹涌的景象大不相同,这口井的周边砂砾遍布、满目荒凉,而石油人就是在这样的环境下创造了一个又一个奇迹。


征服深地极限


迎来新视野新局面


我们生活的这片土地深处究竟有什么?地球深部到底隐藏着怎样的奥秘?


相比于38万公里外的月壤样本,地球内部几公里深处的坚硬岩石仿佛近在咫尺,却又遥不可及。现在已知地球平均半径为6371公里,人类探索到的垂直深度仅有12.262公里,也就是苏联科拉SG-3井的深度。这意味着,人类迄今为止仅向地心前进了0.19%。如果将地球比喻为鸡蛋,那么现在连鸡蛋壳都没被钻破。


尽管探索地球深部奥秘很难且花费巨大,但人类的探索脚步从未停止。特别是作为深入地球内部的“内窥镜”,超深层勘探开发已成为中国石油增储上产、效益增长的主体和未来上游业务发展的重要战略领域。


2019年7月,轮探1井完钻井深达8882米,钻透“地下珠峰”。2022年6月,双鱼001-H6井以9010米井深顺利完钻,创造我国陆上最深气井纪录。2025年1月,深地塔科1井成功在地下10910米完钻。


一个又一个超深井的诞生,得益于地质理论和工程技术的不断进步;一个又一个新的战略资源接替区相继被开辟出来,向更深、更古老层系寻找油气资源,成为中国石油勘探开发的重要目标。


根据国家相关部门2005年颁布的划分标准,东部盆地深层井的概念是3500米,西部盆地深层井为4500米,而现在早已向地下推进超过1倍。


伴随着理论与技术的迭代升级,中国石油深井超深井钻井数量正逐年增多,尤其是2017年到2024年底,6000米以深超深井数量从100口增长到1860口,8000米以深特深井数量从0口增长到208口。特别是在以超深层资源为主的含油气盆地——塔里木盆地,中国石油已累计打成8000米以深井191口,占全国的50%以上,全力保障国家能源安全。


伴随着数量的快速增长,超深层勘探开发产生了一系列的连锁反应,不仅攻克了一批核心技术难题,实现关键技术由自立走向自强,而且带动了整个产业链技术与装备的进步。



数百根钻杆整齐地摆放在深地塔科1井井架上。金添 摄  

万米钻探闯“三关”


关关在闯“无人区”


10910米,是一组写满困难的数字。它代表了当今世界钻井技术的最高水平,背后是一系列世界级的技术难题。它的成功完钻,无一不是在闯关夺隘中得以实现。


复杂的地层岩性变化是万米钻探的第一关。从地面到万米地下,不同岩性对工程的影响截然不同,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。


深地塔科1井自上而下要穿透12套地层,特别是越接近目标井深的地层,岩性变化越快。如地下9900米的地层是软硬交错的,有很软的石膏岩石,还有特别坚硬的燧石,也就是古代钻燧取火的石头,硬度仅次于金刚石。


而每一次地层岩性的变化,都代表需要更换与之相适应的钻头,调整钻井液的各项配比。据统计,靠近地表的中浅层,一支钻头一天最多能打600米进尺。而在万米以深,一支钻头平均进尺不过30米。


面对重重挑战,中国石油在持续深化万米深层油气地质理论的基础上,结合井下地球物理参数,创新应用地层精细化描述、VSP井中地震采集等工程技术,精细标定并刻画岩层的“样貌”。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副经理罗新生说:“深地塔科1井的成功完钻,验证了我们对万米以深地质理论认识的正确性,地质预测和实钻结果基本吻合,深度误差不到1%。”


高温高压是突破万米的第二关。万米之下面临220摄氏度的高温。


“在万米地层,钻井液就像在高压锅里被蒸煮,钢制的钻柱在地下就像面条。”中国工程院院士孙金声这样描述。万米井下高达145兆帕的压力,则相当于在指甲盖的面积上停着一辆1.4吨重的汽车。


面对世界级难题,中国石油为每套层系、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”优化调整钻井参数。此外,他们积极搭建跨学科工作平台,以联合攻关的形式创新研发了抗220摄氏度超高温钻井液、抗高温螺杆等工艺技术,制造了万米取芯及电缆等资料录取装备,打造形成万米深井安全高效钻完井等一批关键核心技术。


超重超长的钻具成为第三关。行至万米,井下钻具的长度与载荷都前所未有,曾一度成为关系钻井成败的关键。


2024年3月3日20时,在向地下9982米进军的过程中,井下突然遭遇恶性井漏,钻具“深陷泥潭”,难以拔出。


“当时往上提钻太难了!”现场实施组组长张志回忆。钻具反复被磕绊、缠绕,有时阻卡得根本无法动弹。由于井漏非常严重,打进井下的钻井液大多数不知漏向了何处,只有少数还在起作用。


“能不能降点排量?”对讲机里传来钻井液现场技术负责人尹达焦急的声音。钻台上的张志试着降低排量,但失去钻井液的“托举”,艰难往上提拉的钻具应声跌落,而钻具一旦被埋到近10公里深的井下,后果不堪设想。


危急时刻,现场工作人员兵分两路,一路从别处协调钻井液、配置新钻井液;一路迅速分析着井下变化,谨慎提钻。最终,钻具被撤离到安全区。


万米以深的井壁如同蚁穴,超高吨位、超大扭矩的钻具在极小空间中高负荷运转。“难度不亚于驾驶一辆大卡车在两条细钢丝绳上行驶。”中国科学院院士郝芳直言。


这样的案例不胜枚举。现场工作人员克服重重困难,加快与全球首台12000米特深井自动化钻机的磨合进度,以熟练从容的操作让这一国家钻井工程领域的“国之重器”承载起万米钻具的“千钧之重”,助力钻头不断向地球深处挺进。


入地进尺一小步


工程技术一大步


深地塔科1井的成功完钻,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行列。


万米井如何打成功,如何打得快,如何打得好,一直是石油人主攻的科研“山头”。面对国外技术的封锁、地下岩层的挑战,石油人把科技创新当成高质量发展的第一动力,攻坚重大理论,攻关技术瓶颈。深地石油人瞄准世界级地质与工程技术挑战,科学设计井身结构“四梁八柱”,研发抗高温高压钻工具及钻井液等核心技术和装备,分专业划分了6大研究方向16项研究专题,磨砺破地万米的“通关秘籍”。


井场内外,来自油气勘探开发全产业链的硬核支撑,凝聚了中国石油的科技力量、技术沉淀。逢山开路,遇水架桥,让荆棘丛生的万米之途成为坦途。


为确保万米深井打成打好打快,中国石油优选精英钻井队操作钻机,他们在塔里木盆地承钻过轮探1井等8000米以深井15井次,创10余项施工纪录。从竞聘人员中精选有超深井施工经验达10年以上的管理干部,打造了一支能征善战、作风优良的深地钻探铁军,高擎技术利剑,破瓶颈、闯禁区,叩开深层“地宫”之门。


每一米深入探索,都是一次科技与创新的融合;每一次贯通,都是“国之大者”的使命担当。“塔里木的超深层探索之路几经波折,但总体来说,随着国家科技实力的提升,塔里木的超深层前景光明、未来可期。”中国工程院院士罗平亚说。(记者 高屾)


来源 | 中国石油新闻中心     时间 | 2025-02-26
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