萬米深地油氣鉆探是全球油氣勘探領(lǐng)域的“超級工程”，鉆井工程安全風險控制難度大，猶如大卡車在兩根鋼絲細繩上行駛。近日，肩負著科學探索與油氣發(fā)現(xiàn)兩大任務(wù)的中國石油深地塔科1井在新疆塔里木油田開鉆。
探索萬米深井，如何解決難題和突破技術(shù)瓶頸？是否有自主研發(fā)的“利器”幫助我們持續(xù)向“下”探索？勘探開發(fā)深層油氣資源又有哪些重要意義？《記者》記者就此專訪了中國石油勘探開發(fā)研究院首席技術(shù)專家魏國齊，他為我們揭開了萬米深井鉆探的“冰山一角”。
肩負科學探索和油氣發(fā)現(xiàn)任務(wù)
記者：為什么選擇在塔里木盆地做萬米深井的探索？
魏國齊：萬米深地油氣科探目標評價優(yōu)選，是立足我國含油氣盆地地質(zhì)特征，按照地質(zhì)條件有利、工程實施可行、資源規(guī)模有效、地震資料可靠的原則，逐級評價優(yōu)選盆地、領(lǐng)域、區(qū)帶和目標，確保萬米科探井高質(zhì)量部署實施。從油氣地質(zhì)條件來看，塔里木盆地萬米深層發(fā)育大面積烴源巖、規(guī)模儲集體和區(qū)域蓋層，超深層勘探領(lǐng)域廣，具備萬米深井探索的地質(zhì)基礎(chǔ)；從工程實施來看，塔里木盆地地溫梯度低，工程實施可行；從資源規(guī)模來看，塔里木盆地超深層碳酸鹽巖多層系面積38萬平方公里，資源量約93億噸油當量，天然氣資源量3.2萬億立方米，石油10億噸，油氣當量35億噸，井點所在的圈閉面積和資源量都很大；從地震資料來看，萬米深井探索目標落實可靠。
此外，塔里木盆地超深層探明油氣儲量當量19.7億噸， 2022年油田超深層油氣產(chǎn)量當量1806萬噸，已建成我國最大超深油氣生產(chǎn)基地，近三年完成8000米以深井19口，基本形成了9000米鉆完井、試油改造、測井等工程配套技術(shù)，為萬米鉆探提供基礎(chǔ)。
記者：作為萬米深井領(lǐng)域的“開山之作”，我們的預期目標是什么？如果完成目標，意味著什么？
魏國齊：這項工程肩負著科學探索和油氣發(fā)現(xiàn)兩大任務(wù)。首先，深地塔科1井探索了萬米深層地層巖石和流體物理化學特征等一系列科學問題；其次，深地塔科1井要推動地球物理、鉆井裝備、測試改造、工具儀器、井筒工作液等超深層工程技術(shù)裝備迭代升級，實現(xiàn)高水平科技自立自強；第三，深地塔科1井力爭在輪南-古城臺緣帶寒武系吾松格爾組、震旦系奇格布拉克組實現(xiàn)油氣發(fā)現(xiàn)，形成盆地萬米超深層油氣重大戰(zhàn)略接替新領(lǐng)域；第四，培養(yǎng)一支涵蓋油氣地質(zhì)、地球物理、鉆完井、儲層改造、測試、測井等方面萬米超深油氣勘探開發(fā)的專業(yè)化技術(shù)隊伍，占領(lǐng)全球深地探索人才高地。
深地塔科1井對獲取寶貴萬米深地基礎(chǔ)地質(zhì)資料，揭示震旦紀-寒武紀塔里木盆地古構(gòu)造、古環(huán)境，探討原特提斯洋演化對塔里木盆地形成演化具有重要意義，形成我國萬米超深層成烴-成儲-成藏油氣地質(zhì)理論，有力支撐我國萬米超深層領(lǐng)域油氣勘探開發(fā)。
向萬米挺進，是一次檢驗新研制的國產(chǎn)鉆機、耐高溫高壓裝備工具、液體材料等鉆完井工程技術(shù)、設(shè)備、材料的可靠性的機會。更有助于對突破萬米深井鉆完井關(guān)鍵核心技術(shù)難題，實現(xiàn)中國石油萬米超深層工程技核心技術(shù)、關(guān)鍵材料和核心裝備迭代升級，提升我國萬米超深層鉆井、技術(shù)服務(wù)保障能力和核心競爭力。
此舉還有望形成1個萬億方大氣區(qū)，開辟陸上萬米超深層油氣重大戰(zhàn)略接替新領(lǐng)域，使我國成為全球陸上首個成功勘探開發(fā)萬米超深層油氣的國家。
面臨石油地質(zhì)和工程技術(shù)難題
記者：探索這樣一口萬米深井，需要面對哪些難題？
魏國齊：萬米深地科探工程是一項極具挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)工程。實施深地塔科1井，面臨一系列的石油地質(zhì)難題和鉆完井等工程技術(shù)問題。
首先，萬米深鉆揭示的地層熱演化程度超過3.0%，遠大于目前生烴機理認識的2.0%成熟階段，熱液流體比中淺層更加活躍。油氣資源在多高地溫環(huán)境下是否能生成和保存？高溫高壓生烴新模式如何？“超深層油氣藏是否存在成藏極限，勘探深度是否存在下限”等，這些都是萬米深地鉆探必須面對的世界級地質(zhì)難題。
其次，超深、超高溫、超高壓、復雜高地應力給萬米超深井工程技術(shù)帶來了物探、鉆井、測井方面的難題，需要大噸位高精度可控震源、高靈敏度數(shù)字檢波器獲取高信噪比地震資料。
鉆井方面，俗話說一深帶萬難，主要體現(xiàn)在三個方面。第一，對標全球13項工程難度指標系數(shù)，目前我們的萬米井，高溫高壓、礫石厚度、鹽層厚度與套數(shù)、鹽水壓力系數(shù)、高含硫等7項指標屬世界級難題，其他指標的難度系數(shù)也名列前茅，鉆完井綜合難度全球罕見；第二，8000米以深地層信息不準，缺少精準的地層壓力、巖石力學特性等關(guān)鍵數(shù)據(jù)；第三，在8000米以深的超深層尋找油氣，好比站在珠穆朗瑪峰頂，要看清雅魯藏布江上的游船，難度可想而知。
測井方面，主要是測井儀器的抗超高溫、超高壓能力不足，油基鉆井液條件下的成像測井難以實現(xiàn)，超高壓射孔器材缺乏。現(xiàn)有測井儀器最高抗溫200℃，萬米井已經(jīng)達到228℃。由于受到芯片、傳感器等基礎(chǔ)元器件材料抗溫能力的限制，目前自主研發(fā)超高溫測井儀器難度很大。
最后，萬米井還會引發(fā)工程難題的疊加效應，如高溫高壓、復雜壓力體系、鹽層厚度與套數(shù)、復雜高地應力、有毒有害的硫化氫氣體等多因素疊加，使得難度進一步增加，加上許多機理仍然不清，甚至會出現(xiàn)難度的突變。
記者：有哪些裝備利器可以幫助我們在復雜的萬米地下探索？
魏國齊：我們圍繞萬米超深層油氣科學探索領(lǐng)域，加快推進油氣資源勘探開發(fā)（陸上）原創(chuàng)技術(shù)策源地建設(shè)，安排部署了相關(guān)科技攻關(guān)項目，集中力量開展研究，在深層裝備科技攻關(guān)方面取得重要進展，打造了一批“國之重器”。鉆井方面，新研制12000米鉆機，提升能力900噸，配套900噸的頂部驅(qū)動鉆井裝置、3000馬力的鉆井泵、自動化排管系統(tǒng)、非平面齒PDC鉆頭、175MPa井口裝置等“利器”。預計明年6月，15000米智能鉆機將出廠，超深井鉆探能力將進一步提升。
記者：我們在理論和科技兩方面有哪些創(chuàng)新，推動了探索井的實踐？
魏國齊：近年來，依托國家和中國石油集團公司重大科技專項，在地質(zhì)理論與工程技術(shù)兩方面取得了重要創(chuàng)新，推動了探索井的實踐。
中國石油突破了傳統(tǒng)石油地質(zhì)理論認識，初步形成了深層-超深層成烴-成儲-成藏油氣地質(zhì)理論，奠定了萬米深層油氣資源基礎(chǔ)，也為實施萬米鉆探提供了理論基礎(chǔ)。
在科技方面，創(chuàng)新了一批超深井工程技術(shù)核心裝備，為萬米探索井打下了基礎(chǔ)。
當前，塔里木盆地勘探開發(fā)全面進入超深層，建成我國最大超深油氣生產(chǎn)基地，近三年超深井鉆完井技術(shù)實現(xiàn)多項技術(shù)突破，創(chuàng)造一系列先進指標。
記者：若將勘探成果轉(zhuǎn)變?yōu)閷崒嵲谠诘挠蜌猱a(chǎn)量，我們還需要邁過哪些檻？
魏國齊：萬米深地科探工程對我國來說，是開天辟地的重大工程，雖然前期對實施萬米深地科探工程從理論、技術(shù)、裝備做了充分的科技攻關(guān)準備，但新研制的12000米國產(chǎn)鉆機、耐高溫高壓裝備工具、液體材料等鉆完井工程技術(shù)、設(shè)備、材料的可靠性還需實戰(zhàn)檢驗。此外，萬米超深層高溫高壓條件下，取芯工具、測井儀器將面臨很大的考驗。
對萬米超深層領(lǐng)域來講，勘探開發(fā)成本高，只有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)才能成為現(xiàn)實的接替領(lǐng)域。當然，只要萬米深井順利打成，并能取到相關(guān)巖芯等資料，即使沒有發(fā)現(xiàn)油氣層，對認識塔里木盆地震旦紀-寒武紀重大轉(zhuǎn)折期古構(gòu)造古環(huán)境，解決萬米超深層成盆、成烴、成儲、成藏等重大科學問題，特別是實現(xiàn)萬米超深層工程技術(shù)、核心裝備的升級換代 ，打造我國原創(chuàng)技術(shù)策源地，同樣意義重大。
深地、深水和深層領(lǐng)域大有可為
記者：未來，深層乃至超深層的油氣資源能否成為我國油氣資源的重要組成部分？探索深地對于降低我國油氣對外依存度有何積極意義？
魏國齊：經(jīng)過長期的勘探開發(fā)，我國主要含油氣盆地中淺層油氣勘探程度已很高，深層-超深層、非常規(guī)油氣、深水領(lǐng)域?qū)⒊蔀槲磥砦覈蜌庠鰞ι袭a(chǎn)的重點領(lǐng)域，已成為業(yè)界共識，深層超深層油氣將是我國未來油氣增儲建產(chǎn)發(fā)展的必然方向。
毫無疑問，探索深地將加快解放超深層規(guī)模油氣儲量，有利于為我國原油2億噸保持長期穩(wěn)產(chǎn)加快準備接替資源。據(jù)預測，至2030年深層超深層的石油和天然氣產(chǎn)量占比分別達10%和40%以上，將有效緩解油氣對外依存度，助力端牢我國能源飯碗，為穩(wěn)定輸送工業(yè)“血液”作出重大貢獻。
記者：未來，在油氣勘探領(lǐng)域，我們面臨哪些機遇？還將面臨怎樣的挑戰(zhàn)？
魏國齊：作為勘探工作者，要時刻不忘探索新領(lǐng)域、提出新理論、發(fā)展新技術(shù)、開辟新增儲區(qū)。
從發(fā)展的眼光看，未來可大有作為的領(lǐng)域仍然廣闊，包括超深層碎屑巖和基巖火山巖、超深層頁巖油氣、海域深水、低熟頁巖油原位轉(zhuǎn)化、煤炭地下氣化、天然氣水合物探等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域一旦取得突破將帶來重大發(fā)展機遇。我們需要客觀分析這些領(lǐng)域面臨的困難與挑戰(zhàn)，理論上，深地、深水和深層非常規(guī)油氣基礎(chǔ)地質(zhì)和成儲、成烴、成藏及富集理論認識需要加快深化創(chuàng)新。技術(shù)上，深地勘探和深海油氣工程、超高溫超高壓井下工具、地下原位加熱轉(zhuǎn)化、地下煉廠、智能化注采、海域天然氣水合物試采、超深層弱信號高精度地震、超高溫高壓測井與遠探測井等關(guān)鍵核心技術(shù)需要加快自立自強。經(jīng)濟上，這些領(lǐng)域的勘探開發(fā)操作難度大、成本較高，需要發(fā)揮“大國體制”優(yōu)勢，統(tǒng)籌資源、集中力量、久久為功，加大政策和財稅支持力度，加快實現(xiàn)經(jīng)濟效益開發(fā)。環(huán)境上，這些新領(lǐng)域勘探開發(fā)過程中會對環(huán)境造成一定的影響，需要采取有效措施對環(huán)境進行保護，使資源開發(fā)與環(huán)境保護取得平衡，實現(xiàn)良性發(fā)展。
