超越9000米!進(jìn)軍地球深部!“深地一號(hào)”憑啥能刷新紀(jì)錄?
發(fā)布時(shí)間:2023-11-21
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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: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670億噸,占我國(guó)油氣資源總量的比重超過了三分之一。


(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這么簡(jiǎn)單。


油氣形成過程圖解(圖片來源:圖蟲創(chuàng)意)


地層之深、超深的劃分,就世界范圍和我國(guó)具體情況來說,標(biāo)準(zhǔn)是不同的。站在我國(guó)油氣勘探的實(shí)踐角度來說,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7200米的超深層地層中。


無人機(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,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)無縫滲透至鉆井全過程。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)代已然來臨。


具體到“深地一號(hào)”躍進(jìn)3-3XC井來說,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HD)超過3000米,即可被認(rèn)定為大位移井(Extended Reach Well,簡(jiǎn)稱ERW)


鉆井水平位移示意圖(來源: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)5.8萬噸,新增的可采儲(chǔ)量更是超過30萬噸。


工作人員正在展示現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)出的原油(圖片來源: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)。

參考文獻(xiàn):

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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


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