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图为深地塔科1井。 |
10910米，深地领域再获新突破！
日前，我国首口超万米科探井——深地塔科1井在新疆塔里木盆地完钻，钻探深度10910米，成为亚洲第一、世界第二垂深井，创下全球陆上钻井突破万米“最快”、亚洲陆上取岩芯“最深”等多项工程纪录。
习近平总书记指出，“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”。
地上，红白相间、20多层楼高的钻机矗立；地下，1130多根钻杆连接而成的“珠峰”，钻穿12套地层，开辟出一条通往地球深部的万米通道。
近600个日夜，深地塔科1井的钻探，与5亿多年前的岩石相遇，全球首次在陆地万米深层发现油气显示，这在深地科学研究和超深层油气勘探领域具有里程碑意义。“中国深度”再刷新的背后，有哪些故事？记者进行了采访。
“在超深层寻找油气，好比站在珠穆朗玛峰顶，要看清雅鲁藏布江上的游船”
“在超深层寻找油气，好比站在珠穆朗玛峰顶，要看清雅鲁藏布江上的游船。”油气行业常说这么一句话。
一深带万难。地球半径约为6371千米，人类目前入地最大深度为12.262千米。如果将地球比作一个鸡蛋，那么目前的探测还只停留在鸡蛋壳层面。
一难，在于地层岩性变化复杂。
深地塔科1井钻穿12套不同岩性、不同压力系统的岩层，地质构造复杂多变，极易发生井眼垮塌、卡钻、恶性井漏等事故。“岩层软硬交错，刚钻透硬如金刚石的硅质岩，下一米就可能遇到柔似橡皮糖的膏岩层，钻头切削齿特别容易损伤。”中国石油塔里木油田公司执行董事、党工委书记王清华介绍。
每一次地层岩性变化，都要更换与之相适应的钻头，调整钻井液的各项配比。靠近地表的中浅层，一颗钻头日进尺最高能达600米；而在万米以深，钻头平均日进尺不超30米，就会磨损得近乎光滑。
二难，在于井下超高温超高压。
随着地层深度增加，温度、压力也随之增加。深地塔科1井的井下最高温度220摄氏度，最高压力145兆帕、相当于指甲盖大小的面积承受超过1.4吨的重量，常规钻井工具、材料难以适应如此苛刻的工况环境，极易损坏或失效。
三难，在于钻杆超重吨位超大扭矩。
深地塔科1井的地表井眼，直径超57厘米。井眼向下，1130多根钻杆首尾连接，自重超350吨。最细的钻杆仅有杯口粗细，在高温高压条件下，如面条般柔软，断裂风险高。不仅如此，万米之下的井壁如同蚁穴，空间极窄。超重吨位、超大扭矩的钻杆在地表转10圈，地下钻头可能转不了1圈，如果钻杆的抗扭性或抗拉性不行，很容易出问题。
“9000米以深，没有任何邻井参数可以参考。每向下1米，都像是在无人区里凿出一条路。”深地塔科1井井长王春生最难忘的，是钻头距离1万米只差23米时，钻杆在井中突然断裂，卡钻、憋堵等问题轮番而至，经过15天连续奋战，才最终解决。
深地塔科1井钻探，从地表到万米，用时279天；最后910米，却耗时300多天。
创新引领，让万米地层“看得见”“够得着”“采得出”
挺进万米深地，面临多项世界级难题和极限挑战。为保障深地塔科1井钻得成、钻得好，中国石油联合多家企业、科研机构以及高等院校共计数万人，集智攻关。
——借助三维物探技术，让万米地层“看得见”。
地球物理勘探，相当于给地球做“CT”，可以看清井位所在的地层信息。深地塔科1井钻探过程中，东方物探依托三维物探技术，用地震波对万米地层进行高清成像，实现钻前预警、钻中预测，为工具仪器准备、工艺技术优化提供支撑；中油测井则采用电、声、核、磁等尖端手段，对钻过的所有地层实现厘米级精准标定，擦亮探视超深地层的“眼睛”。
“深地塔科1井成功完钻，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%。”塔里木油田勘探开发研究院风险勘探研究项目经理孙崇浩说。
——应用12000米钻机等国产设备，让万米地层“够得着”。
钻机，钻井的“动力引擎”。深地塔科1井作业过程中，下套管时最大吨位达665吨，常规钻机的提升能力无法满足钻探要求。中国石油自主研发了全球陆上首台12000米自动化钻机，载重能力提升至最大900吨。
钻头，钻井的“铁齿铜牙”。不同岩性的地层，需要适配不同的钻头选型、齿形排列分布及工具配套。项目团队自主研制了超硬复合片及高端钻头，全力保障钻井提速。
钻井液，钻井的“循环血液”。它具有携带岩屑、平衡地层压力、冷却钻头等多项功能，钻井过程中，如果抗温抗压能力不足，极易失效。科研团队经过上百次配方调整和上千次体系试验，研发出抗220摄氏度水基钻井液，满足应对复杂工况的需求。
——研制高强度取岩芯成套工具，让万米岩芯“采得出”。
作为地下岩石的剖面截取物，岩芯是人类了解地球深部唯一的实物资料。中国石油天然气股份有限公司总地质师江同文介绍，针对相关地层强度高、易破碎等难题，项目团队首创耐240摄氏度高强度取岩芯工具、高效破岩取岩芯钻头，成功收获12.64米岩芯，珍贵程度堪比“月壤”。
“突破万米意味着我国油气工程技术发展进入一个崭新的阶段，代表我们初步构建了万米深地钻完井技术高地与原创技术策源地。”中国工程院院士孙金声说。
端牢能源饭碗，解开深地奥秘
挺进地球深部，每一米都是对未知的挑战，每一寸都是向极限的突破，难度一点不比“蛟龙”下海、“嫦娥”探月小，这个万米非入不可吗？
这是端牢能源饭碗的坚实支撑。
数据显示，世界新增油气储量的60%来自深部地层，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约34%。深地塔科1井所在的塔里木盆地，一口超深油气井日产油气当量最高1000余吨，相当于数十口甚至上百口浅层气井的产量。
“向深地进军是我国未来油气发展的必由之路。”中国石油天然气股份有限公司副总裁何江川介绍，中国石油在新疆和四川等地的6000米至9000米深度，已发现一个10亿吨级大油田和3个万亿立方米大气区。2017年至2024年，中国石油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。
这是解开深地奥秘的关键钥匙。
10001米，灰白色的粉晶云岩；10780米，泥金色的云质灰岩；10906米，石墨色的泥岩……显微镜下，深地塔科1井钻探过程中，取出的岩石样品颜色形态各异。
中国石油科研人员根据岩芯、岩屑以及测录井等地质样品和数据，绘制出亚洲第一份万米地质剖面图，为深地科学探索和油气勘探提供一手实物资料，有力支撑了地球深部结构与物质组成、地球演化、气候变迁等重大基础科学问题研究。
这是产业强链补链的实战练兵。
套管要抗挤压，宝钢股份自主研发的产品，钢级、密封性能等关键指标均比最高钢级套管高出超20%；常规钻机提升能力不足，中国石油宝石机械设计全球陆上首台12000米自动化钻机；钻头要硬核，中国石化江钻公司提供高强耐磨、高韧抗冲的复合片……合力攻坚，优势互补，形成创新合力。
“深地塔科1井钻探形成了自主可控的万米关键核心技术体系，助推我国深地钻探关键装备、工具、材料迭代升级。”王清华介绍。以国产钻头为例，价格比进口钻头下降近一半，钻井速度却提高约50%，相关技术指标处于国际先进水平。
回望来路，20世纪70年代，我国第一口井深超过7000米的钻井完钻。从7000米到突破8000米，历经29年；从8000米到迈入9000米，历经15年；从9000米到冲破10000米大关，仅用3年。
10910米不是终点。中国人向深地探索的脚步迈得更快、更远。
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