7月20日10时30分,全球首口地质条件最复杂、钻井难度最高的万米科探井——深地川科1井在四川盆地鸣笛开钻。标志着我国油气勘探开发工程技术与装备水平进入万米深层时代。
这次开启地心探索的又一壮举,是基于怎样的背景?井深设计超万米,将如何成功地打下去?深地科探又有何意义……
深地,是不是指地心,或者地球较深的部分?这是通常人的理解。但在深地科学研究上这并不准确。
“在油气勘探开发的实践中,一般认为埋深超过6000米的地层即为深层,埋深超过8000米的地层就是超深层。”中国石油西南油气田企业技术专家赵路子解释,随着中浅层油气勘探开发程度逐步的提升,油气发现难度慢慢的变大,向深层、超深层进军便成为油气勘探开发的必然选择。
近年来,世界新增油气储量60%来自深部地层,深层勘探潜力巨大。中国深层、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%。
为此,向地球深部进军的深地工程,探索地球奥秘,发掘深部资源,是地球科学发展的必然趋势,也是比肩登月工程、深海工程的超级工程,是实现高水平科技自立自强的必然要求,是未来油气发展的必由之路。
目前,我国围绕深地、深海、深空、深蓝四大主攻方向,提出“四深战略”,意在“决战深部”。而此次开钻的深地川科1井正是中国石油贯彻落实“四深”战略在四川盆地部署的万米深地“超级工程”,由西南油气田主导实施。
据悉,该井位于四川盆地西北部剑阁潜伏构造,四周群山环绕、层峦叠嶂,地面海拔717米,设计井深10520米,钻至前震旦系20米完钻。区域超深层叠置多套优质储层,成藏条件优越,一旦成功将有望发现新的超深层规模天然气增储目标区。
近年来,中国石油西南油气田持续发力深地油气研究和勘探开发,创新发展深层海相地质理论和勘探技术,逐步形成了海相克拉通盆地台内裂陷形成演化重建技术、碳酸盐岩多尺度储集空间精细刻画技术等多项处于国际领先的地质理论和技术体系,为保障国家能源安全贡献出重要力量。
1978年,中国石油西南油气田成功实施了我国最早的超6000米深井女基井和首口超7000米超深井关基井;2018年,五探1井突破8000米大关,刷新中国石油陆上井深纪录;2022年,钻成国内首口9000米级超深水平井——双鱼001-H6井;今年2月,蓬深6井以9026米深度打破并至今保持亚洲最深直井纪录,堪称“地下珠峰”…… 在不断刷新地下深度的同时,西南油气田科学研究也快速进入国际前沿,为深地川科1井提供了核心技术和装备储备。
尽管科学研究慢慢的提升,但要向万米深地挺进,于人类而言,还堪称认识的“禁区”。也曾经有专家断言,8000米以下地层的高温会使原油基本裂解,是油气勘探的禁区。
据中国石油西南油气田党委委员、总地质师杨雨介绍,目前我们已证实四川盆地地下8500米含有规模性的天然气,打破了8000米无油气的断言。我们也具备了进入深地的勘探能力,此次开钻的深地川科1井直接把目标指向地下10520米,就像是给地球拍一次“CT”,争取突破更深的禁区,将油气勘探领域向深层、超深层进军、向非常规油气勘探拓展、突破盆地边界向盆地外围延伸,这对我国油气资源勘探和科学探索都大有裨益。
既然是认识上的禁区“”,深地川科1井将面临的难题自然也不言而喻。“深地川科1井将面临高温、高压、系统多样性以及未知地层等七大世界级难题。”
据据专家估算,深地川科1井面临的压力系统多达10套,是其他万米深井的2-5倍,堪称全球压力系统最复杂的万米深井,纵向无规则且频繁变化的压力系数将给钻井工程带来前所未有的挑战。
不仅如此,在万米之下,224摄氏度的高温能让金属钻具像面条一样柔软,138兆帕超高压环境如同深潜入1.38万米的深海,远超地球海洋最深处马里亚纳海沟的海水压力,极易发生井壁坍塌、井喷井漏、材料失效等复杂事故。
“俗话说,一深万难。钻井到达一定深度极限后,每向下钻探一米,难度都呈几何倍数增长。特别是井深达到10000米时,井底温度便超过220摄氏度,地层的压力也将超过130兆帕,相当于指甲盖大小的区域承受着10多头大象的重量。”中国石油西南油气田工程技术处副处长马勇形象地说。
“迈向深地,离不开地质理论的引领,这也是深地川科1井排除万难,在四川盆地开启探宝之旅的根本前提。”赵路子如是说。
据了解,四川盆地为典型的大型叠合盆地,是全国陆上第三大含油气盆地,拥有40万亿、全国第一的天然气资源量。目前已发现30套工业油气产层,累计探明天然气地质储量超5万亿方;探明率尚不到15%,是我国天然气勘探、开发最具潜力的超级盆地。
在长期的油气勘探实践中,目前中国石油西南油气田已形成了海相克拉通盆地台内裂陷形成演化重建技术、碳酸盐岩多尺度储集空间精细刻画技术等多项处于国际领先的地质理论和技术体系,指导和支撑了油气勘探,发现了一大批大中型气田。
特别是“古裂陷、古隆起、古侵蚀面”三古理论的提出,指导了四川盆地海相碳酸盐岩大中型气田勘探思路,对安岳特大型气田、环“开江-梁平海槽”礁滩气藏群的发现具备极其重大意义。
同时,技术上的突破也是万米深井能不能成功的支撑之一。为了突破万米,西南油气田联合攻关团队,科学设计六开六完井身结构,预留两层套管应对7500米以深未钻揭地层的未知复杂,该类井身结构为全球首创。
而且,西南油气田还攻克了抗220摄氏度超高温的深井水基钻井液和油基钻井液,并快速推进在万米以深也许会出现的超240摄氏度极高温的钻井液技术研发。
此外,深地川科1井主要是采用我国自主研发的12000米特深井自动化钻机,配备4台3000马力70兆帕高压泥浆泵,钻台机械手、动力猫道等自动化装置全面采用电驱动,使用全新研发万米级管柱自动化装备,具备触控式操作一体化管控,全面解决核心技术问题,装备国产化率大幅度的提高至90%以上。
值得一提的是,此次深地川科1井所使用的钻头也格外引人注意。“我们在钻井过程中,是通过地面钻机传输动力,带动一节一节连起来的钻杆旋转,推动钻头‘啃’碎地下的岩石。当行进到地下八九千米时,将会连接1000多根钻杆,消耗几十个钻头,单单放下又取回钻头一次就要消耗3天的时间。”在现场,中国石油川庆钻探工程技术处副处长胡军指着一排排不一样的规格的钻头说。
据了解,老一代石油人打井使用的是老式牙轮钻头,由于材料和工艺落后,钻进效率较低。而此次深地川科1井使用的是金刚石复合片钻头——狮虎兽钻头,并将发挥其兼具牙轮钻头和金刚石钻头的优点,向着万米深地不断挺进。
即便有了理论的奠基和一系列深地的利器,进军地球深部也极不容易。向地下禁区发出挑战,不仅在于硬件设备的考验,更考验科探团队的自主创造新兴事物的能力和敢为人先的勇气。
“深地川科1井的实施,开辟了我国陆上万米超深层重大战略接替新领域,将进一步揭露震旦系地层之下的演化秘密,对探寻万米超深层规模油气资源、创新形成超深层油气成藏地质理论、推动我们国家油气工程核心技术装备能力进步具有重大意义。”油田应用化学、石油工程专家,中国工程院院士罗平亚如是介绍,同时这也是有效保障国家能源安全、有力保障国家经济社会持续健康发展安全以及探索地球奥秘的有力践行。
事实充分证明,关键核心技术特别是关乎国家安全、决定企业兴衰的技术,要不来、买不来、讨不来,必须依靠自主创新。
据罗平亚介绍:“围绕深地进行一系列的重大创新,无不源自科技上的自立自强。谁走好了自主创新这步先手棋,谁就能占领先机、赢得优势。”
据悉,向深地进军,是实现高水平科技自立自强的必然要求,是未来油气发展的必由之路。中国石油实施万米科探工程,肩负着科学探索与油气发现两大任务,是贯彻落实党中央“四深”战略的有力之举,对推动能源革命、实现科技自立自强、建设世界一流综合性国际能源公司、保障国家能源安全具备极其重大意义。
“在攻关过程中,我们将打造一批油气勘探超深层领域的‘国之重器’,形成一批基础性、原创性的科研成果,创建一批工程技术的工艺标准、规范和专利,打造国际领军人才和世界一流技术服务队伍,不断的提高国家在油气勘探开发领域的核心竞争力和国际影响力,而深地川科1井正是大国重器之一。”
如今,随着深地川科1井的顺利开钻,在中国石油工业史上具有里程碑意义,将让人们在探寻万米超深层规模油气资源、创新地质理论、推动我们国家油气工程核心技术装备能力进步领域有着更多的期许。(房金)
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