攀登“地下珠峰”

　　【深度調研】

3月9日，塔里木油田果勒3C井完鉆井深9396米，創(chuàng)亞洲最深水平井紀錄。 譚輝 攝

　　5月1日，中國石化部署的亞洲最深井躍進3-3XC井開鉆。王福全 攝

　　塔里木油田博孜—大北加快外輸管線建設（3月29日攝）。 譚輝 攝

　　天山網-新疆日報記者 于江艷 劉毅

　　5月1日，中國石化部署的亞洲最深井“深地一號”躍進3-3XC井，在塔克拉瑪干沙漠邊緣開鉆，設計井深9472米。

　　塔克拉瑪干沙漠號稱“死亡之?！?，曾經這里只有風沙流動的聲音，如今一項項奇跡在這片沙海中誕生。今年3月，這里接連創(chuàng)下兩個亞洲之最：中國石油塔里木油田果勒3C井完鉆井深達9396米，創(chuàng)亞洲最深水平井紀錄；中國石化西北油田順北84斜井，垂深達8937.77米，創(chuàng)亞洲陸上垂深最深千噸井紀錄。

　　當前，塔克拉瑪干沙漠油氣勘探開發(fā)如火如荼，一座座鉆機呼嘯著向地球深部挺進。截至目前，塔里木盆地已鉆出160口超8000米深井，堪稱一座座“地下珠峰”。

　　為什么要去攀登“地下珠峰”？持續(xù)向地球內部挺進，多深才是極限？帶著一系列疑問，記者來到這一中國最大沙漠一探究竟。

　　端穩(wěn)端牢能源飯碗的重大戰(zhàn)略選擇  

　　相信很多人會有疑問：為什么要把鉆井打這么深？

　　隨著我國石油工業(yè)的不斷發(fā)展，中淺層油氣資源勘探開發(fā)已進入中后期，“中淺層油氣發(fā)現難度越來越大，我們得到更深的地方去找。”西北油田勘探規(guī)劃專家艾克拜爾·沙迪克說。

　　我國地下油氣藏極其復雜，一些儲集在地下縫洞中、一些充注在巖石孔隙里、還有些隱藏在微小裂縫間。如果將地下油氣藏比喻成一座座房子的話，通常鉆井打到“別墅”位置開采，周邊連著“小閣樓”“儲物間”等小房子，或許堵著一道“墻”導致聯通不暢，中淺層難以完全開采出來。

　　西北油田石油工程技術研究院研究員楊祖國長期致力于提高油藏采收率，據他介紹，目前我國油田平均采收率在35%左右，能達到50%以上的采收率已很不錯，還有很多油藏采收率僅20%左右。

　　通常情況下，油井打下去后，依靠地層自身能量，油會自噴出來，當不能自噴后需要向油藏注水或注氣，補充地層能量，將油驅替出來。我國東部一些老油田，因持續(xù)注水，油藏含水率高達90%以上，也就是說，采出來的九成以上都是水。

　　在此背景下，向地球深部挺進，成為重要選擇?！俺顚右殉蔀槲覈蜌赓Y源增儲上產主陣地，向地球深部挺進是保障我國能源安全的重大戰(zhàn)略任務，是端穩(wěn)端牢能源飯碗的重大戰(zhàn)略選擇。”中國工程院院士孫金聲表示。

　　國際上，一般將超過4500米的井稱為深井，超過6000米的稱為超深井。我國最新一輪油氣資源評價結果顯示，塔里木盆地埋深超過6000米的石油和天然氣資源分別占全國的83.2%和63.9%，約占全球深層油氣資源總量的19%，勘探開發(fā)潛力巨大。

　　“塔里木盆地已探明油氣儲量當量超50億噸，目前探明率僅32%左右。超深層油氣資源儲量占盆地資源儲量50%以上，探明程度還很低。”塔里木油田勘探開發(fā)研究院勘探所一級工程師黃少英表示，向超深層拓展還有很大空間。

　　我國是能源消費大國，在新能源未大規(guī)模應用之前，仍需以油氣為主的化石能源來支撐經濟社會發(fā)展。

　　同時我國又是一個“富煤貧油少氣”的國家，沙特等中東國家地下挖幾百米到兩三千米都能出油，而中國幾乎把三四千米之內的淺層梳了一遍，難以有新的規(guī)模發(fā)現。為尋找新的戰(zhàn)略接替，中國迫切需要新的突破，未來陸上油田主攻方向是深地和非常規(guī)油氣開發(fā)。

　　塔里木盆地持續(xù)向地球深部挺進，已建成我國最大深層超深油氣資源勘探開發(fā)生產基地；準噶爾盆地的吉木薩爾國家級陸相頁巖油示范區(qū)和世界最大致密礫巖油田——瑪湖油田，正向非常規(guī)油氣發(fā)起進攻。

　　勘探開發(fā)難度全球罕見

　　物探是地質學家的“眼睛”，采集數據的質量決定著他們對地下情況的判斷。

　　每年冬春季節(jié)，新疆物探人員深入千里荒漠戈壁，扛著一捆捆線圈和檢波器，在大地上鋪滿陣列，通過人工模擬地震方式，向地下發(fā)射地震波，由地面檢波器收集油氣、巖層的反射信號。

　　這一過程如同給地層“做CT”?！斑@就好比站在珠峰峰頂，隔著層層云霧，要分辨和看清雅魯藏布江上的一條條船?！蔽鞅庇吞锟碧介_發(fā)研究院總地質師韓俊說，要想探明地層深處的情況，地震波不僅要發(fā)射到地下八九千米地層，還要反射回地面，等于來回穿行1.6萬米以上。

　　塔里木盆地超深層勘探開發(fā)主戰(zhàn)場在順北和富滿區(qū)域，地處塔克拉瑪干沙漠腹地，地表覆蓋的厚厚沙層像棉花一樣，將地震波能量吸收大半。同時，地震波在向地下穿透過程中，不同地質體會產生多種地震波，很多為無效信號。

　　物探報告不清楚，就無法精準定位油氣藏富集位置。地質理論認識不到位，則可能導致井位部署方向不準。

　　西北油田勘探開發(fā)研究院順北勘探研究所黨支部書記、副所長龔偉至今還記得，2014年打順北第一口探井——順北1井，按照溶洞型儲層地質理論指導部署，雖然見到少量油氣，但是規(guī)模小，測試還出水?！盀槭裁磿撬?？”龔偉說，好長一段時間，大家都在反思，現在回頭看實際上是打到斷控圈閉外面了。

　　圈閉是油氣聚集的場所，也是讓地質學家魂牽夢繞的地方。

　　順北和富滿區(qū)域超深層發(fā)育走滑斷裂帶，猶如地震在馬路上劈出來的巨大縫洞形成的集合體，要在斷裂帶內準確鉆到圈閉，不僅要克服地下高溫、高壓、高含硫的“三高”問題，還要防井壁垮塌，鉆頭卡鉆、漏失等各種工程風險。

　　鉆出一座“地下珠峰”需要近千根鉆桿，更換近20個鉆頭。向地下持續(xù)鉆進過程中，由地面鉆機傳輸動力，帶動一節(jié)一節(jié)連起來的鉆桿持續(xù)旋轉，并帶動鉆頭“啃”碎地下巖石。到地下八九千米，連起來的鉆桿已像面條一樣柔軟。

　　與此同時，連接著鉆桿的“水帶”將鉆井液沿著鉆桿注入井底，在冷卻鉆頭的同時，將切下來的巖石碎屑帶回地面。

　　在塔里木盆地，中國最先進的萬米鉆機、金剛鉆鉆頭、耐200攝氏度高溫的鉆井液、定向儀器等紛紛上場，這里已成為中國油氣勘探開發(fā)領域最先進技術和最精良裝備的試驗場。

　　“對標全球13項工程難度指標，這里的高溫高壓、礫石厚度、鹽層厚度與套數、鹽水壓力系數、高含硫等7項指標屬世界級難題，其他難度指標也名列前茅。”孫金聲說，塔里木盆地鉆完井綜合難度全球罕見。

　　刷新亞洲最深水平井紀錄的塔里木油田果勒3C井，由中國石油集團渤海鉆探工程有限公司庫爾勒分公司BHZ9005隊鉆成。然而，誰又能想到，成功的背后卻歷經兩次失敗。

　　“前兩家鉆井公司打到8000米左右，地層出現垮塌，頻繁憋停頂部動力裝置，反復卡鉆?？ㄣ@后取不出來井就報廢。”BHZ9005隊隊長康鎖說，接到果勒3C井鉆井任務后，該鉆井隊在8000米左右側打水平段，連續(xù)打通2個儲層6條斷裂帶。

　　在塔里木盆地，鉆井打到八九千米，井下溫度達到180攝氏度左右，高的甚至突破200攝氏度；井底壓力達到150兆帕左右，最高突破170兆帕。

　　井底溫度和壓力尚在可控范圍，最讓康鎖擔心的是井底會不會高含硫化氫。

　　硫化氫是伴生在部分油氣藏里的劇毒氣體，吸入一定濃度將致人死亡。為此鉆井隊在施工過程中每2分鐘就檢測一次泥漿。當井鉆到9000米時，70多人駐守施工，24小時緊盯現場?？垫i的手持報話機，每3分鐘就響1次。鉆完井之前的幾天，他幾乎沒睡過一個安穩(wěn)覺。

　　科技攻關解決世界級難題

　　俗話說，上天容易入地難。在超深層每向下多鉆100米，難度都呈幾何級數增加。中國工程院院士孫龍德介紹，鉆井從4500米打到6000米，人們經歷了10年實踐；從7000米打到9000米，經歷了17年實踐。

　　征戰(zhàn)“死亡之?！保鞅庇吞锖退锬居吞锊粩嗌罨刭|理論認識，加快科技攻關，解決“卡脖子”難題。

　　3月27—28日，中國石化“深地工程”與勘探戰(zhàn)略新領域專項研討會在烏魯木齊召開。來自中國石化系統內部20家單位的近百名專家對“深地工程”勘探及勘探戰(zhàn)略新領域進行深入研討。

　　4月20—23日，中國石油超深層復雜油氣藏勘探開發(fā)技術研發(fā)中心主辦、塔里木油田承辦的“超深油氣勘探開發(fā)技術交流會”舉行，9位院士、數百名來自高校、科研院所及企業(yè)相關專家和學者共同聚焦塔里木盆地，對標314項超深層領域找油氣技術瓶頸問題展開討論。

　　世界級難題要用世界級技術去解決。塔里木油田堅持五湖四海搞科研、集智攻關解難題，向全球發(fā)布7個“揭榜掛帥”科研項目。西北油田與石油工程技術研究院、石油勘探開發(fā)研究院及國內外知名高校的研究團隊組建“大兵團”，協同攻關解難題。

　　塔里木油田勘探開發(fā)研究院企業(yè)高級專家彭更新說，通過集智攻關，塔里木盆地臺盆區(qū)成像精度已從8‰提升到1.8‰左右，庫車山前復雜山地成像精度從5%提升到2%以內。

　　西北油田科研團隊經歷無數次探索和嘗試后，在沙漠搭建起地震模擬弱信號恢復函數，在地層構建出另一個平行空間，通過3D數字模型，將儲存油氣的洞穴或裂縫精準雕刻出來。“我們已創(chuàng)新形成‘超深層儲層立體成像技術’和‘縫洞體精細雕刻技術’，斷裂識別精度從30米提高至15米?！蔽鞅庇吞锟碧介_發(fā)研究院院長李宗杰表示，現在可以對8000米以下地層進行360度掃描。

　　在一系列新技術加持下，中國石化“深地一號”順北油氣田基地鉆井實現指哪打哪，從過去的“打不成”變成現在的“打得成、打得快、打得好、打得準”，成為中國石化“少井高產”示范區(qū)和深地勘探典范。

　　西北油田超深層石油已實現效益開采?！半m然打一口超深井投入是中淺層的10倍，但油氣產出不止10倍?！蔽鞅庇吞锊捎退膹S技術管理中心主任張文學說，西北油田不是為了打深井而打深井，一定要實現有效益的勘探開發(fā)。

　　在西北油田加速向地球深部挺進的同時，塔里木油田也“大干快上”，在超深層鉆出豐富的油氣產能。

　　“‘十二五’以來，基本每年探明儲量90%以上都在超深層，2022年超深層油氣產量達到1800萬噸，比重已占到55%?！彼锬居吞锟碧介_發(fā)研究院副院長兼總地質師楊憲彰說。

　　塔里木油田聯合中國石油工程技術研究院、寶雞石油機械有限責任公司等單位，創(chuàng)新超深油氣井鉆完井技術，合力研發(fā)超深井鉆機、“非平面齒”強研磨抗沖擊鉆頭等一批“國之重器”，支撐8000米以深鉆井速度由以往的“一口井打兩個春節(jié)”到現在“一年能打兩口井”。

　　建成引領全球的超深層勘探開發(fā)示范基地，絕非“獨角戲”，而是攜手共進的“交響曲”。2021年，中石化、中石油牽手開展“中中合作”，推進塔里木盆地超深層勘探開發(fā)資源共享、優(yōu)勢互補、集智攻關、聯合創(chuàng)新。

　　“綠框框是我們的工區(qū)，白框框是他們的，這是我們的，那是他們的……”攤開一張地圖，順著艾克拜爾手指方向，記者發(fā)現兩大油田工區(qū)僅在一條斷裂帶上就交錯七八次，真正形成了“你中有我、我中有你”的分布格局。

　　油氣就藏在地質學家的腦海里

　　西北油田會戰(zhàn)始于1978年。1984年，在塔里木盆地北部部署的沙參2井，原本準備放棄時，向下多鉆了幾十米，鉆至5391米時，地下油氣噴涌而出。此后沙參2井被命名為功勛井，由此拉開西北油田在新疆規(guī)模開發(fā)的序幕。

　　深一點，再深一點，就會有更好的油氣“風景”。沿著這一思路，西北油田所屬塔河油田將鉆井打到五六千米。

　　塔河油田為縫洞型油藏，像是桂林溶洞?！皠傞_始，我們一直在找溶洞，找到后來發(fā)現順北油氣藏不是在溶洞里，而是在斷裂帶的縫洞里?！卑税轄栒f，這種認識完全是顛覆性的。

　　斷裂怎能將油氣儲藏起來呢？恰恰順北斷裂帶是個意外，經過多次地質運動后，斷裂帶上擠出的縫洞破碎帶有些被細如陶泥的蓋層蓋住了，油氣沒有揮發(fā)。

　　自2010年開始的七八年間，西北油田先后組織兩輪系統盆地編圖，率先提出走滑斷裂帶控儲、控藏、控富認識，形成在低隆區(qū)沿斷裂帶尋找原生油氣藏的勘探思路，堅定在斷裂帶上找油氣富集區(qū)的信心。

　　2015年，西北油田部署的順北1-1井獲高產油氣流，且都是優(yōu)質輕質油，基本上簡單過濾后就能加到小四輪拖拉機里使用，具有較高商業(yè)開發(fā)價值。接著，西北油田在1號斷裂帶部署2口評價井和4口開發(fā)井，全部獲得高產。2016年8月，中國石化宣布在順北油氣田取得重大商業(yè)發(fā)現，并派出首批12人的先遣隊開發(fā)順北。

　　張文學正是12人之一，在沙漠腹地的鐵皮房住了兩年半，冬天冷到零下二三十攝氏度，春天常常遭遇沙塵天氣侵擾，夏天更是熱到40攝氏度以上，天天汗水濕透衣裳。

　　回憶起那段艱苦歲月，張文學至今心潮澎湃：“雖然吃了不少沙子，但打出了一批高產井，心里比吃了蜜還甜?！?/p>

　　塔里木油田會戰(zhàn)始于1989年。1998年以前，以經典的背斜構造理論為指導，塔里木油田在庫車和塔西南中淺層部署30多口探井，幾乎全部失敗。背斜構造，實際上就像一口大鍋，是儲藏油氣的“倉庫”。

　　打探井就像開盲盒。在與世隔絕的戈壁荒漠，奮戰(zhàn)幾百天，開出來一個空盒，于鉆井人，是比井還深的絕望；于勘探人，是比山還大的壓力。

　　轉變思想，重振士氣。1998—2002年，塔里木油田以斷層相關褶皺理論為指導，發(fā)現了克拉2、迪那2等大氣田，推動西氣東輸工程啟動。

　　但是隨后的2002—2006年，庫車坳陷區(qū)域勘探16口井全部失利，勘探又陷入低潮期。

　　油氣發(fā)現大場面在哪里？時任塔里木油田公司總經理的孫龍德決定從非石油院校引進一批人才，補充新鮮血液?！?004年，孫總到我們學校來演講，我就是聽了他的演講后來到塔里木油田的?！碑厴I(yè)于北京大學地質系的黃少英說。

　　跳出淺層背斜構造找油氣的認識禁錮，2008年左右塔里木油田引進鹽相關構造理論。在這一理論指導下，2008—2018年，在庫車山前發(fā)現克深2、大北3、博孜9等多個氣藏，形成克拉—克深、博孜—大北兩個萬億立方米大氣區(qū)。“庫車山前鹽膏層厚的地方有近4000米，薄的地方100多米。鹽膏層受到擠壓后發(fā)生塑性變形，導致鹽上和鹽下地層分層變形，在鹽下形成成排成帶的背斜或斷背斜圈閉?！秉S少英說。

　　自此，塔里木油田鉆井深度從四五千米跨越到六七千米，最深突破8000米。

　　油氣就藏在地質學家的腦海里，石油工業(yè)的每一次大發(fā)展都離不開地質理論的飛躍。2013—2016年，塔里木油田地質人員攻關發(fā)現碳酸鹽巖走滑斷裂控儲、控藏更控富，在此理論指導下實現“富滿之下找富滿”，發(fā)現10億噸級大油田。

　　此后，鉆井深度再一次跨越，從8000米提升到9000米以上。

　　向萬米超深層挺進

　　鉆井已打到9000多米，繼續(xù)打下去會不會打穿地殼？

　　眾所周知，地球從結構上分為地殼、地幔和地核。地殼是地球的表面層，大陸地殼平均厚度35千米，地幔厚度約2900千米，地核半徑約3480千米。“如果將地球比作一個雞蛋，我們現在也就是剛打到雞蛋殼里，連雞蛋殼都沒穿破?！卑税轄柦忉?。

　　迄今，世界最深鉆井為前蘇聯的科拉CR-3井，垂直井深12262米，打了20多年，主要目的是科學探索。

　　當前，以開采油氣為目的的深地鉆井，主要集中在美國墨西哥灣、中國塔里木盆地和四川盆地。其中，塔里木盆地和墨西哥灣已實現規(guī)模開發(fā)。

　　2016年，在全國科技創(chuàng)新大會上，習近平總書記提出：“向地球深部進軍是我們必須解決的戰(zhàn)略科技問題?！?/p>

　　同年，國務院在《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中提出，要發(fā)展深海、深地、深空、深藍等領域的戰(zhàn)略高技術。目前，我國“深空”已實現航天器登月，“深海”已有載人潛水器抵達海洋最深處，而“深地”的探索，至今仍未突破1萬米。

　　“塔里木石油人不僅要征戰(zhàn)‘死亡之海’，還要征戰(zhàn)萬米深地，實現科技自立自強，爭做全球超深層技術引領者。”孫龍德說。

　　在他看來，挺進萬米超深層，重要意義比肩人類登月。

　　為進一步認識地球深部，2019—2022年，塔里木油田實施“五橫五縱”的格架線物探工程，從東到西最長線1100公里，從南到北最長線500多公里，對塔里木盆地進行精細掃描。

　　黃少英至今還記得，當時向公司匯報時，光1條格架線的剖面圖和解釋資料，一輛車的后備箱都裝不下，約60平方米的匯報室4面墻都掛滿了剖面圖，桌子上擺滿解釋資料。而10條線的剖面圖和解釋資料，加起來能裝滿一輛卡車。

　　2022年，在“五橫五縱”格架線工程即將完成之際，塔里木油田又啟動“十橫十縱”工程，網格線間距縮小到32千米，可掃描到地下1.6萬米深處。

　　曾經，世界油氣勘探開發(fā)專家將8000米以下視為油氣禁區(qū)，認為在如此高溫高壓環(huán)境下，埋藏數億年的石油早就燒干了。

　　然而，塔里木盆地卻是一個例外。塔里木油田與全國近20個科研院所反復實驗，連續(xù)數年研究后發(fā)現，塔里木盆地其實是一個冷盆。我國東部鉆井打到6000米，井底溫度高達200攝氏度，而在塔里木盆地打到八九千米最高溫度才有突破200攝氏度的。

　　油氣從烴源巖運移出來，也就是說烴源巖是油氣藏形成的界限。而塔里木盆地這個冷盆的烴源巖界限在哪？至今油氣勘探開發(fā)專家也沒找到全部源頭。

　　當前，塔里木油田超深層油氣藏主要在奧陶系（4.38億年至4.8億年前地層）。持續(xù)向地球深部挺進，近年來在寒武系（4.8億年至5.4億年前）也鉆出油氣，再向下震旦系（5.4億年至6.5億年前）、南華系（6.5億年至7.5億年前）是否還有油氣？需要超萬米的深地鉆井去證實。

　　塔里木盆地形成于20億年前，曾經這里是汪洋大海，地質演變過程中將大量生物遺體埋藏在地層深處，在高溫高壓環(huán)境下發(fā)生物理化學反應形成油氣，并逐漸運移到巖石孔洞和縫隙中?！岸砹_斯在西伯利亞發(fā)現13億—14億年前地層都有烴源巖?！秉S少英堅信塔里木盆地萬米深處仍有油氣。

　　曾經滄海變沙海，如今塔里木盆地中心被世界第二大流動沙漠——塔克拉瑪干沙漠覆蓋。歷經20億年的風霜，塔里木盆地經歷了3次大的伸展擠壓旋回，并多次疊加變形后形成現在的模樣。拿石油專家的話來說，塔里木盆地就像是一摞盤子打碎后又被踹了幾腳，這個地質構造極其復雜的盆地，從高空俯瞰像是一只眼睛。塔里木盆地這只深邃的眼睛到底藏著怎樣的油氣秘密？尚在等待更多高科技去發(fā)現。