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综述众所周知,我们已经完成了“上天”的诸多壮举,可你又知道,我们又完成了哪些“探地”的壮举吗?
在2024年3月4日14点48分48秒,中国宣布了“探地”新成果:中国石油深地塔科1井,钻探深度已经突破万米大关,刷新亚洲记录。这就是“深地一号”,位于塔里木盆地的顺北深层油气田项目,是目前世界陆地上最深的油气田之一,堪称“地下珠峰”。
这个中国深井,每天就能产出200吨原油和5万立方米天然气,累计油气产量当量已经超过1000万吨。而这个“勇闯地宫”的“深地一号”有怎样的前世今生?又遭遇了哪些“八十一难”?本篇给你掀开这趟神秘的地宫之旅。
“深地一号”的前世今生我国的深层超深层的油气资源根据勘探预测,处于西北的塔里木盆地,拥有83.2%的原油和63.9%的天然气达到671亿吨油当量,占了全国总量的三分之一,按推测,仍有85%的油矿处于未探明状态。
早在2016年,我们就在新疆塔里木盆地开始了勘探任务。对于如此地形的超深层的油气开发,全世界几乎没有可借鉴的案例,只能摸着石头过河。
然而第一件问题就面临“油在哪里”的问题,因为万一原油的定位不准确,那将是灾难级的损失。石油勘探开发研究院首席专家李慧莉这么形容:“隔着厚厚的黄沙,想要精准定位油气空间,犹如站在珠穆朗玛峰山顶,透过层层云雾看清雅鲁藏布江上的游船。”可见难度极大。
这是由于塔里木盆地的油气层是深深埋在中寒武统膏盐岩、石炭系膏泥岩及古近系膏盐岩等盖层之下。普通的浅层勘探技术根本无法使用。
为了解决对超深层复杂地形的了解,第一种是采用超深高温高效定向技术,利用高精度的传感器,收集了深知7000米以下的地层发育状态,油气分布状态,以及岩石性质等资料,建立起一个数据化的地层模型。就如给地层结构照了一个CT,让地下结构剖析清楚。
而当遇到难以解析的地下结构状态,还采用了第二种技术:超深层地震探测和高精度磁共振成像技术,地震波探测的优点就是精度高,不会随深度而变化。
这是通过制造一场人造的地震波,在地表上控制震源和接收系统,在岩土中探测地震波在地层中的传播路径和速度,然后通过数据处理和层析成像技术,最终得到地下岩层的结构图像。
从而最终突破了被誉为勘探界的“死亡线”——8000米超深层。成功锁定目标。
“深地一号”的地心历险记而这“探地”工程的第一步,就是要钻穿着万米地深,既是最关键也是难度最大的环节。这一口深井,需要穿越过新近系、古近系、白垩系等9个不同的地层。
并且同时在超深层的高压、高温与复杂地形这样的极端条件下进行作业,注定了绝对是一次“硬核冲击”。
可还没等驾起钻塔,就遇到了难题,最佳的垂直打井口上方,是一片自然生态的胡杨林。到底是保生态?还是保开采?最后我们的工程队选择了第三条路,那就是采用“大位移钻井技术”。
工程队在距离垂直口约5公里外选择合适的空位,确保生态林不受基建作业的影响,然后钻探在地下斜线推进,在地下横向延伸3400米后,到达原定的垂直点位,胡杨林的正下方。此时钻头才正式垂直往下钻。这项技术的成功运用,解决了“鱼与熊掌不可兼得”的问题。
然而这还只是钻井口的问题,这万米深度意味着什么,这就是珠穆朗玛峰放下去,都还不够填。万米之深几乎就是与地球最深海峡马里亚纳海沟一样深。
物探技术人员构建的数字模型,非常清晰的展示了地层情况。每当地层更迭,就需要更换一种钻头,同时还需要调整钻井液的配比,而遇到地层挤压断裂,更换钻头的频率就会增加,尤其是在7000米后,勘探精度逐步降低,在9000米后几乎未知。因此超深层的难度是成倍增加。
由于塔里木盆地地层岩石较多,“深地一号”所采的钻头,是采用我国工程师研制而成的金刚石复合片钻头,采用了盾构机类似的钻探原理,分两步先对岩石进行冲压破石,再用刮削碎石,其钻探效率非常高。
另外钻井液也是非常重要,钻井液主要通过循环系统,可将岩石砂砾给带出,附着于井洞壁避免坍塌,同时能给降低钻头的温度,在通过二叠系地层的时候,由于地层缝隙较多,让钻井液流失过多,科研人员便创新性的加入竹纤维,提高钻井液的速干性和粘稠性,从而让钻井液更加适合该地层。
而在万米之下的井底温度是接近200℃的高温考验,再坚硬的金属都像是“煮熟的面条”,变得柔软无力而变形。同时还要承受120兆帕的耐压值考验,这就如在指甲盖大小的面积上,站上了12头8吨重的大象。
这个时候就需要更换更加耐高温高压的设备,工程队采用了高温石英、钛合金等航天耐高温材料来制作的超高强度的钻头设备,在抗腐蚀性上面也得到极大的强化。
顺北油田的油气分布是成条状的油气带,也就意味着垂直取油气是不够的,在接近油气分布层时,就需要横向或是斜向挖,伸到不同位置的油气带。
这个时候给钻头安上“旋转导向”系统,犹如安装上眼睛,这让钻头在地下就如一条蚯蚓一般自由游走,寻找油气。
随着地层的深入,这样具有高吨位,大扭矩的钻具,在如此小的空间里的转动效率极低,也极容易断裂,当转头下伸至8000米时,地面钻机转7圈,而地下钻头才接近1圈,因此“深地一号”所采用电动钻机,也是全新设计的。载重由普通钻机的三四百吨,提升到近七百吨,这个能力足可以同时吊起120头大象。
结语作为世界首台12000米的特深井自动化交流变频钻机。“深地一号”已经再次刷新它自己的记录,钻井深度已达到1.11万米,运作周期也在缩减,由三年前的280天,下降到最快97天的钻井周期,并且中靶精度也从原本60%提高到90%。
而在海上,我国首个深水高压气田项目“深海一号”的工程,正在距离海南省三亚市之外约150公里到180公里的海域进行。也将创造出“海底中国深度”的奇迹。
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