川观解读丨向地下一万米挺进,有哪些世界级难题待解?

2023-07-20 15:07:54来源:四川在线编辑:牛霄

四川在线记者 李欣忆

7月20日,四川盆地第一口万米深井在广元市剑阁县正式开钻。这口天然气井,不管是深度、难度,还是被关注的热度,被寄望的程度,都刷新了新的高度。

关于这口万米深井,还有很多待解的问题。比如为什么要打到这么深?怎么打?会遇到哪些难题?带着这些问题,四川在线记者第一时间在现场进行了采访。

深地川科1井。

为什么要打万米深井?

“钻成最难万米深井,向地球深部进军”,位于广元市剑阁县姚家镇明兴村的深地川科1井井场外,标语非常醒目。

继1835年四川打成世界第一口超千米的深井——燊海井之后,100多年来,向地下的更深层探索,成为川人不懈的追求。上世纪70年代,我国第一口超6000米深井女基井、第一口超7000米超深井关基井均诞生在四川;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”。仅过了不到半年时间,设计井深10520米的深地川科1井又开钻。

深地川科1井高耸的井架。

为什么井深不断突破纪录,并向万米挺进?中国石油西南油气田公司总地质师杨雨认为,要从宏观和现实两个层面来理解。

从宏观层面看,实施万米深井是国家战略的需要。一方面,国家提出科技的“四深”战略(深海、深地、深空、深蓝),其中,深地战略,就是向地球深部进军,力争取得新的科技成果和发现。另一方面,天然气正成为我国能源保供的新支柱,四川盆地肩负着建设千亿立方米天然气产能基地的国家战略任务。

从现实层面看,四川盆地已经在川中蓬莱、川南中深层页岩气、川南深层页岩气、川西致密气4个勘探领域获得重大突破。但是要建设千亿产能,还需要接续的重大勘探发现。 “四川盆地天然气勘探开发时日已久,浅层的难度小一些的层系已开发较完善,未来四川盆地的天然气勘探主要是深层和超深层。”杨雨说,要实现千亿立方米产能基地的建设,主要靠深层和超深层勘探开发,“这也是我们要往深地探索的重要动力。”

面临哪些世界级难题?

万米深地油气钻探是全球油气勘探领域超级工程,面临诸多世界级难题。而地处四川盆地的深地川科1井因其复杂的地质结构,成为全球钻进难度最高的万米深井之一,对标全球13项工程难度指标,深地川科1井7项难度指标位居世界第一。

钻台机械臂。

中国石油西南油气田公司工程技术处副处长马勇介绍,深地川科1井面临三大挑战:

一是超高温。深地川科1井的设计井深为10520米,往地下每打100米,温度就会升高2.3—2.5摄氏度,万米之下,井内温度预计将达到224摄氏度,是四川盆地温度最高的井。超高温会让钻井液煮稀饭一样沸腾,让金属钻具像面条一样柔软,对橡胶材料、电器传感器件等都是极大考验。

二是超高压。深地川科1井的井内最高压力预计将达138兆帕,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、井漏、材料失效等复杂事故。据专家估算,深地川科1井面临的压力系统多达10套,是世界上其他万米深井的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。

三是未知风险。深地川科1井所在区域,地下7500米以深的地层,都是之前没有打到过、认识过的。面对未知地层,可能还会有新的未知风险,这对钻井工程来说,存在巨大的不确定性。

如何应对挑战?

针对世界级的难题,深地川科1井将怎么来应对挑战?7月20日,我们在现场看到了一个“非一般”的钻井井场。

非一般,首先体现在钻机。“目前国内只有两台1.2万米的自动化钻机,其中一台就在这里。”中国石油西南油气田公司生产运行处副处长李麟说,这台钻机由我国自主研发,跟塔里木盆地正在开钻的万米深井深地塔科1井一样,采用的是同款钻机。这台钻机配备6000马力绞车,可连续提升最大钩载900吨,相当于拉动满载货物的16节货车车厢;钻杆可以坐上“滑滑梯”一样的动力猫道,自动升到15米高的钻台;钻台上,机械手翻飞,拧钻、下钻、起钻都可以实现自动化,而操作手就像操控飞机驾驶舱一样简便。

钻杆坐上“动力猫道”。

不寻常的,还有各种新型材料。在井场,我们看到了像仙人球一样浑身长满了刺的钻头。“这是专门制作的齿轮,钻头材料是坚硬的金刚石,而切削齿的部分是PDC,也就是俗称的人工钻石。”川庆钻探工程有限公司川西钻探公司副总经理贺明敏说,针对超高温、超高压的难题,特制的钻头具有更抗高温、更耐磨的特性。打到地下7000米之后,钻井液也将从之前的水基钻井液,更换为专门研发的油基钻井液。“油比水的沸点更高,油基钻井液更耐高温。”贺明敏说。

像仙人掌一样的各类钻头。

值得一说的,还有钻井队的人员配置。深地川科1井由川庆120006钻井队承钻,抽调精兵强将组成,队长彭浩是学钻井工程的博士,全队共有4名博士、3名硕士,还有多位高级技术人才。对于承担这项开拓性的任务,彭浩感到很兴奋,他对记者说,博士只是一个头衔,在一线实战中遇到问题解决问题,才是做科研的应有之义。

预期将有怎样的收获?

中国石油在全国部署了两口万米深井,分别落点在塔里木盆地和四川盆地。作为满盆含气的四川盆地,这口万米深井预期将带来怎样的收获?

中国石油西南油气田公司企业技术专家赵路子认为,作为一口科探井,深地川科1井肩负着科学探索与油气发现两大任务。

科学探索方面,期望能获取超深层岩心、测录井、流体、温度、压力等基础地质资料,进一步揭露震旦系地层之下的演化秘密,解决万米超深层成储、成藏等科学问题,形成四川盆地万米超深层油气成藏理论。

油气发现方面,有望在川西北部地区震旦系—二叠系超深层发现多套天然气工业气层,开辟我国陆上万米超深层重大战略接替新领域,迎来新的储量高峰增长期,为四川盆地建设千亿立方米天然气产能基地战略目标储备新动能。

为开钻做最后准备。

在中国工程院院士罗平亚看来,除了科学探索和油气发现之外,工程目标和人才目标同样重要。在万米深井的科技攻关过程中,有望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,“这些都将不断提升我们在油气勘探开发领域的核心竞争力和国际影响力。”

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