勇攀科技高峰

作為一項涉及地質(zhì)學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)等多個學(xué)科的系統(tǒng)性工程，超深鉆井代表著一個國家鉆井的最高水平，是綜合國力的集中體現(xiàn)。全球已有30多個國家具備超深井鉆探能力，歐美一直處于世界領(lǐng)先水平，鉆探能力已突破12000米垂深。

作為中國石油深入貫徹落實習(xí)近平總書記“向地球深部進軍”等重要指示批示精神的堅決行動，作為中國石油建設(shè)國家戰(zhàn)略科技力量和世界能源與化工創(chuàng)新高地的標(biāo)志性工程，深地塔科1井在世界陸上超深井名冊里莊嚴(yán)地蓋上了“中國印”，標(biāo)志著我國在萬米鉆探技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。

鍛造技術(shù)利器

沒有金剛鉆，別攬瓷器活。

萬米鉆探，步步驚心。每一米都是對未知的挑戰(zhàn)，每一寸都是向極限的突破。

烈火煉真金。以地層磨礪技術(shù)，“深地塔科1井的每一米鉆進都伴隨著科技攻關(guān)的支撐作用。”中國石油總地質(zhì)師兼科技管理部總經(jīng)理江同文深有感觸地說。

鉆機，鉆井的動力引擎。

萬米深地，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變，超高溫、超高壓、超重載荷作業(yè)等嚴(yán)苛的作業(yè)工況對鉆機提出了空前挑戰(zhàn)。

2022年下半年，寶石機械接到了研制萬米自動化鉆機的任務(wù)。寶石機械立即行動，組建項目領(lǐng)導(dǎo)小組，統(tǒng)籌調(diào)配各方資源，突破系列技術(shù)難題，僅用4個多月時間，就實現(xiàn)了一臺全新萬米級自動化鉆機的設(shè)計發(fā)運，較以往常規(guī)鉆機生產(chǎn)提速20%。

事實上，早在2007年，寶石機械依托國家863計劃，就成功研制出了我國首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的12000米特深井鉆機，并在超深層油氣勘探開發(fā)實踐中成功使用，屢創(chuàng)佳績。

充分借鑒前期萬米級鉆機研制的豐富經(jīng)驗，結(jié)合萬米深井復(fù)雜環(huán)境的作業(yè)要求，融合國家科技攻堅任務(wù)創(chuàng)新成果“‘一鍵式’人機交互7000米自動化鉆機”的先進技術(shù)，寶石機械打造出的這臺新鉆機buff疊滿——

攻克了超高鉆臺大載荷提升系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，15米超高鉆臺刷新國內(nèi)紀(jì)錄，可滿足超高壓井控設(shè)備安裝需求；配套6000馬力絞車，可連續(xù)提升最大鉤載900噸；3000馬力高壓大排量五缸鉆井泵，排量和壓力波動?。粍恿ω埖?、鉆臺機械手、二層臺排管裝置等自動化設(shè)備全面采用電驅(qū)動，控制更精準(zhǔn)，運行更環(huán)保，低溫適應(yīng)性強；電動輔助絞車、電驅(qū)鉆井液閘閥組，可實現(xiàn)司鉆遠(yuǎn)程操控，操作更安全；鉆機關(guān)鍵部件全面實現(xiàn)國產(chǎn)化替代，有效解決了核心部件“卡脖子”問題，取得了15項國家發(fā)明專利……

“深地塔科1井勝利完鉆，意味著我們的12000米自動化鉆機經(jīng)受住了極限工況的考驗。這是對寶石機械鉆機卓越品質(zhì)的最好驗證，也是對寶石機械研發(fā)制造能力的充分肯定?！?2000米自動化鉆機主設(shè)計師、寶石機械國家研究中心一級工程師李亞輝的話語間充滿了驕傲和成就感。

鉆頭，鉆井的鐵齒銅牙。鉆頭不到，油氣不冒。

深地塔科1井鉆穿12套不同巖性、不同壓力系統(tǒng)的巖層。巖層軟硬交錯，剛鉆透硬如金剛石的硅質(zhì)巖，下一米就可能遇到柔似橡皮糖的膏巖層，鉆頭切削齒特別容易損傷。

項目團隊針對不同巖層適配不同的鉆頭選型、齒形排列分布及工具配套，自主研制了超硬復(fù)合片及高端鉆頭，全力保障鉆井提速。尤其在硅質(zhì)巖層井段，創(chuàng)新應(yīng)用兼?zhèn)涔粜?、抗沖擊性、抗研磨性的新型混合布齒鉆頭，大大提高了破巖能力和工作效率。

鉆井液，鉆井的循環(huán)血液。它的性能和技術(shù)水平直接影響著鉆井工程的效率、安全及成本。鉆井過程中，如果鉆井液抗溫、抗壓能力不足，極易失效。

針對萬米深井超高溫水基鉆井液問題，中國工程院院士孫金聲帶領(lǐng)團隊接下了國產(chǎn)鉆井液挑戰(zhàn)萬米深層的重任。

科研團隊深入研究鉆井液抗超高溫機理，歷時6個多月自主研發(fā)，開展了8000余組實驗，實時跟蹤現(xiàn)場進展，成功構(gòu)建了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的抗溫達(dá)220攝氏度的萬米深地鉆井液技術(shù)體系，攻克了鉆井液抗高溫能力不夠、流變性參數(shù)變化大、各項性能指標(biāo)難以兼顧等瓶頸，成功牽住了解決超深特深層油氣安全高效鉆井問題的“牛鼻子”。

高韌性高強度鉆桿、承重1000噸的吊卡、抗240攝氏度高強度成套取心工具、抗高溫高壓測井儀器、全球首套熱軋無縫鋼管在線控制冷卻裝備系統(tǒng)和關(guān)鍵核心技術(shù)……深地塔科1井投用了近200項國內(nèi)頂尖裝備，形成了7大類21項成果、十大技術(shù)利器。

創(chuàng)新驅(qū)動的深度突破，“深地塔科1井鉆探形成了自主可控的萬米關(guān)鍵核心技術(shù)體系，助推我國深地鉆探關(guān)鍵裝備、工具、材料迭代升級?！彼锬居吞飯?zhí)行董事、黨工委書記王清華指出。

以國產(chǎn)鉆頭為例，價格比進口鉆頭下降了近一半，鉆井速度卻提高了約50%，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)處于國際先進水平。

創(chuàng)造工程紀(jì)錄

深地塔科1井有著全球少有、國內(nèi)僅有的世界級鉆探難題。中國石油人抱著“能源報國”的堅定決心，以勇氣與實力彰顯擔(dān)當(dāng)，創(chuàng)下了多個生產(chǎn)紀(jì)錄。

2023年5月，12000米自動化鉆機抵達(dá)塔克拉瑪干沙漠腹地時，正是風(fēng)沙肆虐的時候。夾雜著砂礫的狂風(fēng)，吹打在臉上生疼。西部鉆探鉆井隊員們的紅工衣被汗水浸濕了，曬干了又被浸濕，嘴唇被吹得皸裂……

盡管如此，他們爭分奪秒趕工期，晝夜奮戰(zhàn)保進度，僅用5天就完成全部設(shè)備的安裝、調(diào)試，創(chuàng)造了塔里木油田歷史上大型鉆機長途運輸最遠(yuǎn)、最快，設(shè)備調(diào)試安裝時間最短等多項生產(chǎn)紀(jì)錄。

2023年7月27日，深地塔科1井安全高效鉆至5856米，進入二開中完施工。8月9日，工程進入了下一個階段——下套管作業(yè)。

這次作業(yè)共下入套管538根，一根套管長10米、重1.3噸，直徑分別為365.12毫米、374.65毫米，套管首尾相接重量達(dá)到660噸。在5800多米深、4000多米長的裸眼段，下入這么大尺寸、這么大噸位的套管，在塔里木油田乃至全國的鉆探史上都屬首次。

早在開鉆前，塔里木油田就組織開展了長裸眼、大尺寸、大噸位下套管技術(shù)攻關(guān)，做了大量研究試驗，創(chuàng)新形成了套管應(yīng)力仿真校核等一批新工藝新技術(shù)。同時，聯(lián)合鋼廠研發(fā)140高鋼級套管，增加套管強度，開展套管及接箍的實物拉伸實驗，獲得套管和接箍的屈服極限，確保套管在下入過程中不會發(fā)生變形。

下套管固井作業(yè)期間，塔里木油田聯(lián)合工程技術(shù)研究院等單位的專家骨干集智攻關(guān)，優(yōu)化通井鉆具組合，保障井眼通暢清潔；提前對下套管設(shè)備和固井工具進行檢查，模擬優(yōu)化不同井段下放速度和灌漿措施，減少套管下入遇阻、漏失風(fēng)險；創(chuàng)新采用國產(chǎn)封隔式分級箍、多凝多密度等固井工藝，科學(xué)優(yōu)化固井參數(shù)和漿柱結(jié)構(gòu)，確保上部地層封得住、固得好……

2023年8月12日13時，經(jīng)過76個小時的緊張作業(yè)，套管順利下入，而且未發(fā)生套管變形問題，創(chuàng)下了我國大尺寸套管下入最深、套管下入噸位最大等多項紀(jì)錄。

此后，在三開中完下套中，技術(shù)人員順利將直徑273.05毫米的707根套管，在空重達(dá)710噸的高難度條件下，安全下入到7856米深的地層，刷新了我國陸上一次性下入套管最深、同尺寸套管最重紀(jì)錄。與此同時，創(chuàng)下了大尺寸井眼國產(chǎn)儀器、測井最深紀(jì)錄，測井成功率、資料合格率達(dá)到100%。

深地鉆探難，提速更難。

為提高鉆井時效，最大限度提高起下鉆、換鉆頭、中完等作業(yè)效率，西部鉆探120001鉆井隊平臺經(jīng)理林楠深入分析每個可能影響施工進度的環(huán)節(jié)，拿著秒表一連跟了好幾個班，查出200個時效浪費點。他牽頭成立攻關(guān)小組，優(yōu)化鉆井工藝，優(yōu)選鉆具組合，維護保養(yǎng)設(shè)備，最大限度減少了因設(shè)備故障而導(dǎo)致的停工時間。

堅持一段一策、一層一策，穩(wěn)扎穩(wěn)打，一路過關(guān)斬將，2024年3月4日，歷時279天，深地塔科1井突破萬米大關(guān)，創(chuàng)造了全球鉆井最快速度突破萬米紀(jì)錄。

2024年11月7日2時，一陣急促的電話鈴聲打破了深地塔科1井營房的寧靜。正在休息的工程技術(shù)研究院井筒強化團隊經(jīng)理郝惠軍被驚醒。

電話那頭，現(xiàn)場工程師的聲音緊張而焦急：“鉆進至萬米以深，鉆井液突然失返，井口見不到液面，發(fā)生了嚴(yán)重井漏……”大家一直擔(dān)心的事情還是發(fā)生了。

這是國內(nèi)首次在萬米深層遭遇失返性惡性井漏。如果不能及時有效地處置險情，極有可能誘發(fā)井壁垮塌，導(dǎo)致鉆具瞬間卡死，萬米鉆探成果很可能毀于一旦。

郝惠軍第一時間與北京技術(shù)團隊聯(lián)系，利用防漏堵漏專家系統(tǒng)分析漏層位置、縫洞尺寸等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，迅速制定了一套堵漏技術(shù)方案，最終堵漏成功。

通常情況下，鉆井出現(xiàn)漏失，會向井底投入大量粉碎核桃殼或花生殼調(diào)制的堵漏劑，一般堵漏劑濃度20%～30%即可。而堵深地塔科1井在10289米位置漏失時，堵漏劑濃度最高調(diào)到67%；在10388米位置堵漏時，最高濃度調(diào)到82%。如此高濃度的“猛藥”，不僅在塔里木油田，在中國油氣鉆探史上都極其罕見。

逢山開路、遇水架橋，在一次次突破中勝利完鉆，深地塔科1井把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、亞洲陸上取心最深五大工程紀(jì)錄寫進了世界鉆探工程史。

檢驗專業(yè)實力

深地工程是一套龐大的技術(shù)體系，涵蓋物探、鉆井、固井、測錄井等多個專業(yè)方向。

深地塔科1井探秘萬米地宮，既是光榮和夢想之旅，又是對各專業(yè)實力的深度檢驗和能力的極大提升。

物探，相當(dāng)于給地球做CT，由它可以看清井位所在的地層信息。

歷經(jīng)幾十年探索，我國物探先后發(fā)展了稀疏三維觀測、子線接收等技術(shù)，實現(xiàn)了3000～5000米以淺油氣藏看得見、摸得著。但是，面對更深、更復(fù)雜油氣藏時，這些技術(shù)往往暴露出觀測信息不全、采集效率不高、識別精度不夠等缺陷。

依托國家重大科技專項，東方物探15年磨一劍，自主研發(fā)全新一代陸上地震勘探技術(shù)，從理念方法、高端裝備、工業(yè)軟件等方面開展全方位創(chuàng)新研究，形成了“陸上寬頻寬方位高密度地震勘探關(guān)鍵技術(shù)與裝備”（簡稱“兩寬一高”），引領(lǐng)我國油氣勘探步入了高清時代。

在深地塔科1井，東方物探積極發(fā)揮物探先導(dǎo)作用，依托“兩寬一高”技術(shù)，用地震波對萬米地層進行高清晰成像，為圈閉落實及油氣預(yù)測提供了可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，配合塔里木油田完成了鉆探位置的優(yōu)選。

鉆探過程中，東方物探開展靠前服務(wù)支持，通過地震—地層速度分析、井間地震層位對比等技術(shù)手段，及時分析深度誤差和層位變化，配合鉆井方案優(yōu)化，指明靶心，將萬米誤差率控制在了1.5‰。

鉆井，是碎石破巖的尖兵。

作為承擔(dān)深地塔科1井鉆探任務(wù)的主體單位，西部鉆探將萬米科探井作為1號工程，集聚最優(yōu)資源，實施“管理+科技”雙輪驅(qū)動，深化工程地質(zhì)一體化，組織生產(chǎn)技術(shù)專家制定細(xì)化技術(shù)方案，運用抗高溫鉆井液技術(shù)、“異型齒PDC鉆頭+垂直鉆井系統(tǒng)+大扭矩螺桿”防斜打快技術(shù)，逐步攻克深部巖石強度高、儲層破碎易塌、超高壓開關(guān)井等重點難題，創(chuàng)造了世界鉆井的中國速度。

鉆桿，是連接地面和井下的能量紐帶。

帶動深地塔科1井鉆頭向地層深處鉆進的1060多根鉆桿，全部是渤海裝備“渤海能克”萬米深井專用鉆桿。

“堅硬的金屬鉆桿，在深地就像一根超長面條，難以控制?！辈澈Ｑb備鉆井裝備公司科技質(zhì)量中心副主任王顯林說，惡劣環(huán)境對鉆桿的強度、韌性和抗疲勞性提出了近乎苛刻的要求。

“渤海能克”團隊為深地塔科1井量身定制了國內(nèi)最高鋼級、最大直徑（外徑168.3毫米）和最大壁厚（19.05毫米）的高強度高韌性鉆桿。在研發(fā)過程中，團隊先后攻克了摩擦焊接、焊縫熱處理、加工精度等難題。萬米深井專用鉆桿抗拉能力高達(dá)940噸，可承受超高溫、超高壓，性能指標(biāo)達(dá)國際最高水平。

工程技術(shù)研究院研制的水基泥漿，適應(yīng)性強、穩(wěn)定性好、密度隨調(diào)，創(chuàng)造了129天不換漿依然保障井筒清潔運行的大突破；川慶鉆探自研取心工具，成功獲取萬米特深層全尺寸連續(xù)巖心實物，意義堪比“月球取壤”；中油測井采用電、聲、核、磁等尖端手段，將鉆過的所有地層實現(xiàn)厘米級精準(zhǔn)標(biāo)定，刷新世界陸上最深直井測井紀(jì)錄……

在保障萬米級特深井“打成、打快、打好”的同一個目標(biāo)下，各專業(yè)不僅紛紛亮出壓箱底的絕活，而且采取了多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)，用超常規(guī)舉措破冰破局。

舉個例子。西部鉆探全程參與了寶石機械12000米自動化鉆機的研發(fā)設(shè)計，提出裝備改進意見建議750余條，編制完成了74篇鉆機裝備操作規(guī)程。同時，成立工作專班駐廠監(jiān)造，加快推進鉆機的制造進度。開鉆之初，西部鉆探與寶石機械聯(lián)手，5天就在戈壁荒漠完成12000米自動化鉆機的安裝調(diào)試，創(chuàng)造了多項生產(chǎn)之最。

科研與生產(chǎn)深度融合，邊研發(fā)邊試驗邊應(yīng)用；利用信息化手段，實現(xiàn)各專業(yè)數(shù)據(jù)共享、快速響應(yīng)，用一張“云端”大網(wǎng)將前后方緊密相連，促進科研、管理、工程、后勤的高效協(xié)作……各專業(yè)擰成一股繩，勁往一處使，跨越了一道道難關(guān)，最終實現(xiàn)了深地塔科1井“攻必取、戰(zhàn)必勝”的目標(biāo)，以“中國深度”刷新了專業(yè)高度。

探索深地奧秘

地下1萬米，究竟有什么？

中國“奮斗者”號載人潛水器抵達(dá)萬米深海，帶回了深淵宏生物、巖石和水體樣品；前蘇聯(lián)SG-3井在萬米地層中發(fā)現(xiàn)了高達(dá)4克/噸的黃金。

深地川科1井在萬米深地發(fā)現(xiàn)了什么？

2月20日下午，深地塔科1井勝利完鉆新聞發(fā)布會剛結(jié)束，記者們就爭相上前，拍攝一塊比磚頭小些的灰色巖石。

“別摸！”新聞發(fā)布會上對這塊灰色巖石做過介紹的王清華提醒，這塊巖心來自地下超萬米深處，是5.4億年前的巖石標(biāo)本，其珍貴程度堪比月壤。

通過自主研制的高強度取心成套工具，深地塔科1井鉆探過程中取出了12.64米巖心。這是人類首次在萬米以下獲取的最為完整的巖石樣本。

在萬米深地獲取巖心，就如同在地球深部做一次微創(chuàng)切片，難度極大。因為取心工具深入萬余米井下時，井底溫度高達(dá)220攝氏度，壓力突破1450個大氣壓，且在萬米深層極高的應(yīng)力下，地層巖石容易破碎，取出這些連續(xù)的圓柱形石頭猶如虎口拔牙。

顯微鏡下，這些巖石標(biāo)本顏色形態(tài)各異。10001米，是灰白色的粉晶云巖；10780米，是泥金色的云質(zhì)灰?guī)r；10906米，是石墨色的泥巖……

這一張張深地“色卡”，蘊藏著地球深部數(shù)億年的地質(zhì)歷史，是研究地球演化的直接證據(jù)?！捌渲刑N含著豐富的地質(zhì)信息，對于揭示萬米以深物質(zhì)組成、地質(zhì)結(jié)構(gòu)有極高的科學(xué)探索價值，對推動地球深部油氣勘探具有不可替代的作用。”中國工程院院士孫金聲表示。

巖心之外，深地塔科1井鉆探取得的巖屑資料、測錄井資料以及流體、溫度、壓力等資料，皆是未來能源探索和科學(xué)研究寶貴的一手資料，意義重大。

萬米深層具有高溫、高壓和超臨界流體活躍的特點，其溫—壓場、流體場和地質(zhì)力學(xué)環(huán)境明顯不同于盆地淺部。萬米超深領(lǐng)域的生烴機理、規(guī)模有效儲層形成與保持機制以及油氣成藏與富集規(guī)律等尚屬于認(rèn)知盲區(qū)。通過它們，為探索萬米深層油氣地質(zhì)特征打開了一扇重要窗口。

——刷新了油氣儲層保存的深度。

在萬米深地收獲的巖心中，有些石頭上布滿了裂紋。這些裂紋就是油氣儲存的空間?！斑@是有瀝青的，但是這個黑色的瀝青到現(xiàn)在已經(jīng)變成干的瀝青。它的出現(xiàn)，至少說明這個巖石里面曾經(jīng)充填過油氣。油氣進去過，就是在萬米深層有發(fā)現(xiàn)油氣的可能，往下還有油氣?！彼锬居吞锏刭|(zhì)研究員王平介紹說。通過測定分析發(fā)現(xiàn)萬米以下的白云巖和灰?guī)r仍然發(fā)育有效儲層，將有效拓展萬米深層油氣勘探領(lǐng)域。

——改變了超深烴源巖生成機理和油氣成藏理論認(rèn)識。

傳統(tǒng)石油地質(zhì)學(xué)理論認(rèn)為，8000米以深是石油的“死亡線”，因為巖石被上覆地層壓得非常緊實，油氣儲集空間非常有限。在深地塔科1井鉆探過程中，通過隨鉆錄井技術(shù)就發(fā)現(xiàn)了活躍的油氣顯示，首次證實了陸上萬米垂直深度存在油氣。在萬米深層發(fā)現(xiàn)可燃烴類，有可能改變生烴死亡線的傳統(tǒng)科學(xué)認(rèn)識。

——深化了對塔里木盆地演化和油氣分布等方面的整體認(rèn)識。

技術(shù)人員根據(jù)深地塔科1井的測錄井?dāng)?shù)據(jù)和巖心、巖屑等地質(zhì)樣品，繪制出了亞洲第一份萬米深地地質(zhì)剖面圖。通過這口井的鉆探成果，可以更加深入地了解塔里木盆地深層油氣資源的分布規(guī)律和開發(fā)潛力，為制定更加科學(xué)的油氣開發(fā)計劃提供重要依據(jù)。

作為一名長期從事石油地質(zhì)工作的科研人員，自深地塔科1井開鉆之日起，中國科學(xué)院院士郝芳就始終對這口井保持著密切的關(guān)注。

他認(rèn)為深地塔科1井為萬米深層的科學(xué)研究提供了優(yōu)質(zhì)平臺。通過開展巖相學(xué)、巖石物性、力學(xué)特性、地球化學(xué)等綜合分析，將在重建盆地古地理格局、重大變革期板塊演化過程、油氣成因，以及生烴潛力、萬米深層成儲機制、油氣成藏機理等基礎(chǔ)地質(zhì)理論方面實現(xiàn)重要進展，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(xué)問題研究，進一步回答萬米深層領(lǐng)域重大科學(xué)和實踐問題。

雖然目前對深地塔科1井地質(zhì)資料分析和很多研究工作才剛剛展開，相關(guān)理論研究還需要不斷總結(jié)和凝練，但我們可以相信，深地塔科1井將為塔里木盆地油氣勘探帶來更大活力。萬米深層的油氣顯示、珍貴數(shù)據(jù)和寶貴鉆探經(jīng)驗，必將彪炳在中國石油工業(yè)的豐碑上，為實現(xiàn)我國深地科技自立自強，助力能源的飯碗端在自己手里，做出重要貢獻(xiàn)。

責(zé)任編輯：石杏茹