新疆塔克拉瑪干沙漠腹地，矗立著一座紅白相間、20多層樓高的鉆機。地下，千余根鉆桿相連，鉆入12套地層，通往地球深處，這就是中國首口超萬米科探井——中國石油深地塔科1井。
上天，下海，入地，被視作人類探索自然的三大壯舉。“十四五”時期，中國深地工程不斷取得新突破，在鉆深深度、技術(shù)裝備、科學認知等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越發(fā)展，曾經(jīng)遙遠的“地下珠峰”，成為可及的探索前沿，為國家能源安全提供堅實保障。
深地塔科1井刷新5項鉆探紀錄
完鉆，10910米！
2025年2月20日，中國石油集團對外宣布，中國石油深地塔科1井勝利完鉆，掘進地下10910米。
這口井位于新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣境內(nèi)，是中國石油在塔里木盆地實施的重大“深地工程”。
在油氣鉆探領(lǐng)域，深度為4500米至6000米的油井為深井，6000米至9000米的為超深井，深度超過9000米的為特深井。要在地下打一口深井，進行油氣探測，這難度，業(yè)內(nèi)人士描述得很生動：在8000米以深的超深層尋找油氣，好比站在珠穆朗瑪峰頂，看清雅魯藏布江上的游船。
“萬米科探井是全球油氣勘探領(lǐng)域的一項超級工程，鉆探深度相當于鉆穿珠穆朗瑪峰后，又向地下繼續(xù)鉆進2公里多，風險難度非常大。”中國石油塔里木油田公司執(zhí)行董事、黨工委書記王清華說。
困難首先來自嚴峻的作業(yè)環(huán)境。塔克拉瑪干沙漠腹地常年干旱少雨、風沙彌漫，夏季最高氣溫達50多攝氏度，冬季最低氣溫接近零下30攝氏度，對施工人員挑戰(zhàn)極大。
再看地下。萬米鉆探要面對復雜的地層巖性變化，從地面到萬米深地，鉆穿地層層系越多，巖性越復雜。在深地塔科1井，自上而下要穿透12套地層，尤其是越接近目標井深的地層，巖性變化就越快。而每一次地層巖性變化，都需要更換與之適應(yīng)的鉆頭、調(diào)整鉆井液的各項配比。據(jù)統(tǒng)計，靠近地表的中淺層，一顆鉆頭一天最多能打600米進尺。而在萬米以深，棱角分明的鉆頭平均進尺不過30米，就會磨損得近乎光滑，極端情況下，每天鉆探進尺不過數(shù)十米。
超高溫、超高壓，也是入地萬米的極致挑戰(zhàn)。深地塔科1井井下最高溫約達220攝氏度，隨之而來的，是145兆帕的超高壓，這相當于在指甲蓋大小的面積上施加1.45噸重量。在井內(nèi)，1130多根鉆桿首尾連接，自重超350噸，而最細的鉆桿，僅有拳頭粗細，如面條般柔軟，斷裂風險高。深地塔科1井井長王春生還記得，鉆頭距離萬米僅差23米時，鉆桿在井中突然斷裂，后經(jīng)15天連續(xù)奮戰(zhàn)，各種問題才得以解決。
“面對困難挑戰(zhàn)，我們集結(jié)了地質(zhì)、物探、鉆完井等多專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜胰瞬?，組建萬米深井攻關(guān)團隊，在‘死亡之海’打出‘中國深度’。”王清華說。終于，今年初，我國首口萬米深井打成，刷新全球陸上鉆井突破萬米最快、全球尾管固井最深、全球電纜成像測井最深、亞洲直井鉆探最深、亞洲陸上取芯最深等5項鉆探紀錄。
每一米鉆進都伴隨科技支撐
一口萬米深井完鉆，意味著什么？
“深地塔科1井的順利完鉆，不僅刷新了系列工程技術(shù)紀錄，更重要的是，這是我國首次獲取到萬米以深地質(zhì)資料，同時驗證了塔里木盆地在萬米深層仍有油氣資源潛力。”中國科學院院士郝芳說。
塔里木盆地是中國最大含油氣盆地，油氣藏埋深普遍在6000米到1萬米，油氣資源豐富、勘探潛力巨大。作為大型復合疊合盆地，疊加多期構(gòu)造運動，這里有超深層極其復雜的地質(zhì)情況，被世界公認為“勘探禁區(qū)”。
在這樣的“勘探禁區(qū)”成功掘地萬米，有何秘訣？
“可以說，深地塔科1井的每一米鉆進都伴隨著科技的支撐作用。”中國石油天然氣股份有限公司總地質(zhì)師兼集團公司科技管理部總經(jīng)理江同文說。
鉆井離不開鉆機。在深地塔科1井作業(yè)過程中，下套管時最大噸位達到665噸，常規(guī)鉆機無法滿足鉆探所需的提升能力。為此，中國石油集團自主研制了全球陸上首臺12000米自動化鉆機，其提升能力達900噸，可輕松吊起2列動車組，自動化作業(yè)減少人工重體力勞動達80%以上。
鉆井對鉆頭的要求也很高。為了適應(yīng)不同巖性地層，項目團隊自主研制了超硬復合片及高端鉆頭，這好比破碎深地極硬巖石的“鐵齒銅牙”，全力保障鉆井提速。團隊還研制了移動式井場巖樣測量成像系統(tǒng)，現(xiàn)場給出井巖芯“做CT”“核磁”，及時發(fā)現(xiàn)油氣顯示，快速識別儲層。
抗220攝氏度水基鉆井液、高韌性高強度鉆桿、抗240攝氏度高強度成套取芯工具等技術(shù)利器……這些自主研發(fā)的萬米深鉆技術(shù)利器，深地塔科1井項目一共具備10項。
產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新合力，也是深地工程掘進萬米的重要推力。套管產(chǎn)品由寶鋼股份自主研發(fā)，鉆頭復合片產(chǎn)自中國石化江鉆公司……“深地塔科1井鉆探配套形成了自主可控的萬米關(guān)鍵核心技術(shù)體系，助推我國深地鉆探系列關(guān)鍵裝備、工具、材料迭代升級。”王清華說。
“該井成功完鉆，證明萬米深鉆系列技術(shù)利器經(jīng)受住了超深、超高溫、超高壓、超高應(yīng)力、復雜壓力系統(tǒng)等極端工況的考驗，鍛造出可比肩‘萬米深潛’‘嫦娥探月’的‘國之重器’，標志著我國掌握了萬米深地鉆探技術(shù)，在我國鉆探工程史上具有里程碑式的重大意義。”江同文說。
從“偶爾突破”跨向“日常作業(yè)”
掘進深地，難度不小，為何中國要不斷推進這項工作？
一方面，這與保障能源安全密切相關(guān)。
中國人口數(shù)量龐大，能源消耗量大，但“富煤貧油少氣”的資源稟賦，決定了石油、天然氣對外依存度較高的能源格局。
在中國，多數(shù)油氣產(chǎn)自深度小于4500米的中淺層，但伴隨中淺層油氣勘探開發(fā)程度提升，油氣發(fā)現(xiàn)的難度也越來越大。當前，我國深層、超深層油氣資源達671億噸油當量，占全國油氣資源總量的約34%。“向大地深處找油氣”，深層、超深層已成為我國油氣重大發(fā)現(xiàn)的主陣地。
“近年來，我國加大了超深層油氣領(lǐng)域的勘探開發(fā)力度，中國石油在新疆和四川等地區(qū)的6000米至9000米深度，已發(fā)現(xiàn)1個10億噸級大油田和3個萬億立方米級大氣區(qū)。”中國石油天然氣股份有限公司副總裁兼集團公司油氣新能源公司執(zhí)行董事何江川說。目前，8000米以深領(lǐng)域已成為我國重要的油氣接替領(lǐng)域。中國石油國內(nèi)探區(qū)8000米以深領(lǐng)域剩余資源174億噸油當量，在塔里木盆地庫車山前、準噶爾盆地南緣、四川盆地川中古隆起北斜坡等地區(qū)已實現(xiàn)重大勘探突破。“超深層領(lǐng)域是我國未來油氣勘探重大戰(zhàn)略發(fā)展方向”。
另一方面，深地工程也肩負著“打開地球密碼箱”的期待。
萬米以下深地有什么？地下10001米，是灰白色的粉晶云巖；10780米，有泥金色的云質(zhì)灰?guī)r；10906米，石墨色的泥巖……深地塔科1井鉆探過程中，取出了顏色形態(tài)各異的巖石樣品。
“研究萬米深部巖石的物理化學特征，能揭示5億至6億年前沉積盆地的古環(huán)境、古氣候和古地理演化規(guī)律，探索古海洋的形成演化及其對沉積盆地發(fā)育的控制作用。”何江川說。掘進萬米深地，還能研究超高溫壓條件下油氣的生成機理、相態(tài)的變化規(guī)律和排出效率，油氣儲集層發(fā)育情況和油氣富集的分布規(guī)律。這將有力支撐地球深部結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成、地球演化、氣候變遷等重大基礎(chǔ)科學問題研究。
萬米科探井的成功完鉆，更是中國鉆探工作從“偶爾突破”跨向“日常作業(yè)”的生動注腳。
“十四五”時期，中國深地資源開發(fā)按下加速鍵。在四川盆地川東北地區(qū)，我國第二口萬米科探井——中國石油深地川科1井的鉆井平臺上，鉆桿正加速向地下萬米挺進；在山西省西部，我國最大煤巖氣田——中國石油大吉氣田年產(chǎn)能突破25億立方米，成為我國天然氣產(chǎn)量增長的重要接替資源；在新疆，中國石化“深地一號”順北油氣田，150多口深井平均深度在8000米以下。目前，“深地一號”已累計提交探明石油地質(zhì)儲量2.76億噸、天然氣2093億立方米，累產(chǎn)原油590.7萬噸、天然氣56.4億立方米，建成年產(chǎn)300萬噸油氣當量的陣地。
“萬米深層的油氣顯示、珍貴數(shù)據(jù)和寶貴鉆探經(jīng)驗，為實現(xiàn)我國深地科技自立自強、助力‘能源的飯碗必須端在自己手里’作出重要貢獻。”郝芳說。
入地萬米，并非終點。探索深地，中國人的腳步正向更深、更精、更廣邁進。（記者 廖睿靈）
