超越9000米！進(jìn)軍地球深部！“深地一號(hào)”憑啥能刷新紀(jì)錄？

新疆阿克蘇地區(qū)的沙雅縣，地處塔里木盆地，亦處于世界第二大流動(dòng)性沙漠——塔克拉瑪干沙漠的外緣。作為古絲綢之路上的龜茲國(guó)的一部分，這里曾因燦爛的古西域文化而熠熠生輝。

新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣的胡楊林自然保護(hù)區(qū)（圖片來(lái)源：Wikipedia）

近日，中國(guó)石化集團(tuán)在此設(shè)立的“深地工程”順北油氣田基地傳來(lái)好消息：“深地一號(hào)”躍進(jìn)3-3XC井刷新兩項(xiàng)紀(jì)錄：

第一項(xiàng)：以完鉆井深9432米的深度，刷新了亞洲陸上最深井紀(jì)錄；

第二項(xiàng)：以在地層下水平延伸3400米的距離，刷新了超深層鉆井水平位移紀(jì)錄。

圖片來(lái)源：新華社

刷新兩項(xiàng)紀(jì)錄的背后，蘊(yùn)藏著我國(guó)一系列“地球深部探測(cè)”的硬核技術(shù)。

一、油氣之藏，一往“地深”

發(fā)展深海、深地、深空、深藍(lán)等領(lǐng)域的戰(zhàn)略高技術(shù)是我國(guó)重大的科技創(chuàng)新規(guī)劃的一部分。而對(duì)“地球深部探測(cè)”（即深地）戰(zhàn)略的一個(gè)重要積極響應(yīng)，就是對(duì)深層油氣資源的勘探。

有人問(wèn)：勘探油氣資源，為何要往“深”走？這與當(dāng)今“油氣之藏，一往地深”的趨勢(shì)有關(guān)。自2016年以來(lái)的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)深層、超深層蘊(yùn)藏的油氣資源的油當(dāng)量超過(guò)670億噸，占我國(guó)油氣資源總量的比重超過(guò)了三分之一。

（油當(dāng)量是按標(biāo)準(zhǔn)油的熱值計(jì)算各種能源量的換算指標(biāo)，1千克油當(dāng)量的熱值，按42.62兆焦計(jì)算）

如此這般，油氣能源緊張問(wèn)題豈不大大緩解？想從深層、超深層中獲得這些油氣資源可沒(méi)這么簡(jiǎn)單。

油氣形成過(guò)程圖解（圖片來(lái)源：圖蟲(chóng)創(chuàng)意）

地層之深、超深的劃分，就世界范圍和我國(guó)具體情況來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)是不同的。站在我國(guó)油氣勘探的實(shí)踐角度來(lái)說(shuō)，全國(guó)礦產(chǎn)儲(chǔ)量委員會(huì)于2005年作如下界定：

深層：深埋3500米至4500米

超深層：4500米以下

又經(jīng)過(guò)十余年的油氣勘探實(shí)踐及經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，我國(guó)學(xué)者結(jié)合我國(guó)東西部地區(qū)溫度場(chǎng)之差異，對(duì)東部地區(qū)、西部地區(qū)的深層、超深層分別作了界定：

東部地區(qū)深層：深埋3500米至4500米

東部地區(qū)超深層：4500米以下

西部地區(qū)深層：深埋4500米至6000米

西部地區(qū)超深層：6000米以下

二、深雖可測(cè)，油氣難得

在“深地一號(hào)”順北油氣田基地，油氣埋藏的平均深度已突破8000米大關(guān)，屬于典型的“特深層”油氣田。而此次“深地一號(hào)”躍進(jìn)3-3XC井的完鉆井深更是超過(guò)9000米，其鉆井工程首先面臨著超深、特深層鉆井所面臨的共性難題：

地層的年代久遠(yuǎn)，經(jīng)歷過(guò)長(zhǎng)期的演化，地層構(gòu)造極為復(fù)雜，多處于高溫、高壓環(huán)境下，深部流體富含酸性氣體，如硫化氫、二氧化碳等。

此外，“深地一號(hào)”躍進(jìn)3-3XC井“性格鮮明”，因此還遇到一些“個(gè)性”難題：

該井位于新疆沙雅縣塔里木河上游濕地自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)紅線以外，其欲開(kāi)采的油氣卻不在此處，而在距離其約3400米的保護(hù)區(qū)內(nèi)、深埋超過(guò)7200米的超深層地層中。

無(wú)人機(jī)拍攝的中國(guó)石化“深地一號(hào)”躍進(jìn)3-3XC井（圖片來(lái)源：新華社）

因此，它有一個(gè)地下數(shù)公里的“水平位移”，在這種大位移井鉆過(guò)程中，受重力的影響，巖屑容易在井斜較大的井段或水平段堆積，從而形成巖屑床，若任其持續(xù)堆積，會(huì)給鉆井工程帶來(lái)很大阻礙。

三、攻克難題，實(shí)現(xiàn)突破

攻克難題1：智能大數(shù)據(jù)PK復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境

面對(duì)超深層復(fù)雜、惡劣的地質(zhì)條件，技術(shù)人員為“深地一號(hào)”躍進(jìn)3-3XC井設(shè)置了可即時(shí)性預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)，充分利用大數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程技術(shù)支持等手段為工程保駕護(hù)航。

近年來(lái)，在油氣工程技術(shù)發(fā)展中，智能鉆井大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用勢(shì)不可擋。智能化大數(shù)據(jù)無(wú)縫滲透至鉆井全過(guò)程。如：

井下測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)井下工具，并實(shí)時(shí)將檢測(cè)數(shù)據(jù)“提交”分析系統(tǒng)以分析數(shù)據(jù)，以便為下個(gè)階段設(shè)計(jì)最佳方案；

隨鉆測(cè)量系統(tǒng)可“搜集”目標(biāo)地層所涉及的地質(zhì)參數(shù)，再通過(guò)數(shù)據(jù)分析后，及時(shí)“反饋”準(zhǔn)確的地質(zhì)信息。

今年8月，工作人員正在躍進(jìn)3-3XC油氣井操作由我國(guó)自主研發(fā)的超深井自動(dòng)化鉆機(jī)進(jìn)行鉆井作業(yè)（圖片來(lái)源：新華社）

這在油氣工程人的眼里是意義重大的技術(shù)變革——不必只靠經(jīng)驗(yàn)鉆井了，科學(xué)鉆井的時(shí)代已然來(lái)臨。

具體到“深地一號(hào)”躍進(jìn)3-3XC井來(lái)說(shuō)，設(shè)置了精度極高的隨鉆測(cè)控系統(tǒng)，7000多米下的信號(hào)，可即時(shí)送達(dá)地面，這就如同“畫(huà)鉆點(diǎn)睛”——讓鉆頭生出雙眼，依據(jù)具體情況即時(shí)調(diào)整“行程”，從而讓水平井實(shí)現(xiàn)短距離自由、短周期自由。

難題2：超深大位移技術(shù)PK“超深”+“大位移”

對(duì)大位移井的定義有不同標(biāo)準(zhǔn)，其中一種源自于英國(guó)BP公司和美國(guó)ARCO公司的定義是：定向井或水平井的水平位移（Horizontal Displacement，簡(jiǎn)稱(chēng)HD）超過(guò)3000米，即可被認(rèn)定為大位移井（Extended Reach Well，簡(jiǎn)稱(chēng)ERW）

鉆井水平位移示意圖（來(lái)源：Wikipedia）

“深地一號(hào)”躍進(jìn)3-3XC井，有一個(gè)3400米的水平位移，又是在遠(yuǎn)超6000米的地層中開(kāi)采油氣，故而“超深+大位移”成為一個(gè)棘手的難題。為解決這個(gè)難題，技術(shù)人員運(yùn)用超深大位移技術(shù)，先直下、后橫伸，在地層之下大手筆地水平延伸3000多米，獲取了油氣資源。

四、外破紀(jì)錄，內(nèi)取油氣

破紀(jì)錄固然值得歡慶，但更值得高興的是，“深地一號(hào)”躍進(jìn)3-3XC井實(shí)實(shí)在在地獲得了高產(chǎn)油氣流。據(jù)統(tǒng)計(jì)，可得到200噸日產(chǎn)原油、5萬(wàn)立方米天然氣。此外，還另部署了兩眼超深大位移井，與躍進(jìn)3-3XC井配合，累產(chǎn)的原油可達(dá)5.8萬(wàn)噸，新增的可采儲(chǔ)量更是超過(guò)30萬(wàn)噸。

工作人員正在展示現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)出的原油（圖片來(lái)源：新華社）

“深地一號(hào)”躍進(jìn)3-3XC井的鉆探工程已然證明，我國(guó)在深地技術(shù)、深層油氣資源勘探工程上躋身國(guó)際前列，這為保障我國(guó)能源安全打下了技術(shù)、工程方面的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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作者：翟國(guó)慶 中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員

審核：朱傳慶 中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院教授

出品：科普中國(guó)

監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、中科數(shù)創(chuàng)（北京）數(shù)字傳媒有限公司