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大国工程在新疆丨万米以下、200℃以上!中国如何在新疆钻出一个“地下珠峰”

" 神舟上天 " 和 " 蛟龙入海 ",展现了我国在航天和深海探测领域的重大成就。而与它们并列、共同构成 " 上天、入地、下海 " 战略布局的,正是—— " 深地探测工程 "。

当前,这一领域最硬核的 " 大国工程 ",便是中国首口超万米科探井——深地塔科 1 井。它被誉为中国深地探测的 " 珠峰工程 ",如同一艘驶向地心的 " 探索飞船 ",承载着中华民族向地球深部进发的雄心与智慧。

深地塔科 1 井位于新疆阿克苏地区沙雅县境内,于 2023 年 5 月 30 日开钻,2025 年 1 月 5 日完钻,以 10910 米的垂深成为亚洲第一、世界第二超深井,并创造了全球和亚洲五大工程纪录,首次实现了陆地万米以深油气显示和岩心提取。

该井自上而下完整钻穿了塔里木盆地 13 个地层,钻头最终抵达 5 亿年前的古老岩石。自开钻以来,地质人员分批次对不同深度的岩石进行采样,并对样品的地质特征完成了刻画描述,据此绘制出我国首份万米深层地质剖面图,为研究塔里木盆地演化与油气成藏提供珍贵原始资料。

为何要钻地万米?

打出万米深井,绝非为了 " 破纪录 ",其背后更关乎国家能源安全、科技进步与深地探索的战略需求。深地塔科 1 井正是科学探索与油气勘探相结合的一项关键工程。

随着我国浅层油气资源日益减少,向深地进军已成为保障能源安全的必然选择。当前,国内油气勘探正加速向 " 两深一非一老 "(深地、深水、非常规、老油气田)领域拓展。超深层钻探正是降低油气对外依存度的重要路径。

我国陆上深层超深层油气勘探开发潜力巨大,塔里木盆地深层超深层油气探明储量达到了 37 亿吨。深地塔科 1 井在万米以深成功发现油气显示,证实了塔里木万米深层具备油气成藏条件,从而开辟了一个全新的勘探领域。

万米深井如同一根 " 地心探针 ",直插地壳深处,为科学家研究地球演化、地心生物圈、地质灾害预警等提供了前所未有的窗口。

这不仅是一口井,更是一项关乎国家未来发展和人类科学探索的战略性工程。它与 " 神舟上天 "" 蛟龙入海 " 一样,是中国迈向科技强国的重要标志。

中国利器如何钻透 " 炼狱淬火 "?

" 登月,30 万公里,1969 年实现;入地,30 公里,至今遥不可及。" 中国工程院院士李宁借助形象的对比表达入地之难。

地下万米深处,超 210 摄氏度的高温足以让食用油沸腾,145 兆帕超高压远超马里亚纳海沟最深处压力,井下最重达 665 吨的钻井工具相当于钻机要吊起超 100 头成年非洲象的重量……

塔里木盆地超深井对标全球 13 项工程难度指标,高温高压、高含硫、砾石厚度、盐层厚度与套损、盐水压力系数等 7 项难度指标位居世界第一。这些极端的地下条件给万米深井钻探带来了前所未有的挑战。

向地下钻探至万米,是一道充满未知与挑战的深坎。随着深度增加,岩性愈发复杂,温度与压力急剧上升,每一步都面临世界级技术难题。

第一重坎:复杂多变的地层岩性。9000 米以下,燧石与石膏地层交替出现。每次岩性变化,都需更换适配钻头、调整钻井液配方。仅四开钻进阶段,就使用了 16 支钻头。

第二重坎:极端高温高压。9300 米后,井底温度超过 180 ℃,万米以下高达 190 ℃,远超多数钻具和材料的极限。井下传感器面临失效风险,如同人在行走中突然失明,极易引发事故。

第三重坎:超长钻具带来的作业风险。 万米钻具载荷巨大,在狭窄井眼中高负荷运转。地表钻具转动十圈,地下钻头可能转不了一圈,大量能量消耗于钻具蠕变,剧烈振动更易导致钻具断裂。

面对超深、超高温、超高压及复杂岩性等多重挑战,钻探团队迎难而上,通过现场科研与云端协同相结合,形成了一套高效科学的现代化管理体系:现场搭建一线实验室,将岩样核磁分析系统、气相色谱仪等尖端设备前移至井场一线,为钻井作业提供实时科学数据支撑。同时,依托智能化支持系统,维保团队 24 小时驻守保障设备运行,井下数据实时传输至北京,专家 " 云上 " 集结,协力为安全钻进提供支持。

挑战万米深井,更 " 逼 " 出一大批技术创新和装备升级。为应对超深、超高温、超高压的极端工况,一系列关键技术与自主研发装备相继突破:包括全球首台 12000 米特深井自动化钻机,成为深钻的 " 动力引擎 ";可承受 8 万个大气压的高效破岩钻头和适应高难地层的钻具;承重 1000 吨的超高强度吊卡;抗拉强度达 942 吨的大尺寸高壁厚钻杆;耐受超高温高压的钻井液体系;支撑万米井壁的最高钢级套管;以及全球首套热轧无缝钢管在线控制冷却系统等核心装备。

这些 " 科技利器 " 共同构成了破解 " 地狱模式 " 钻探难题的 " 独门秘籍 ",标志着我国在深地探测领域已实现高水平科技自立自强。

后 " 万米时代 " 有哪些发展机遇?

油气是支撑我国工业发展和经济社会繁荣稳定的 " 压舱石 "。作为国家能源资源战略保障基地,新疆七十年来持续推进石油勘探开发技术迭代升级,钻井深度也已突破传统地质理论中的油气 " 死亡线 "。

深地塔科 1 井创全球和亚洲五大工程纪录,攻关并研制出十大技术利器,形成了一套自主可控的万米深井核心技术体系,这不仅是中国深地科技的里程碑,更是新疆从 " 资源大区 " 迈向 " 能源强区 " 的战略转折点。

通过科技创新,新疆正从 " 能源仓库 " 转型为 " 技术策源地 ",在保障国家能源安全的同时,为全球深地开发贡献中国智慧;通过技术突破,新疆有望将地下万米的资源优势转化为经济动能,重塑全球能源版图。

值得一提的是,通过深地塔科 1 井,全球首次在万米以深取出岩芯,发现油气显示,找到生成油气母体——烃源岩。这为我国油气勘探发现打开一扇新窗口,拓展出一片新阵地,对保障我国能源安全具有重要意义。

当前,超深层油气勘探开发技术已成为全球油气领域竞争的前沿。随着我国中浅层油气资源勘探开发进入中后期,向地球深部挺进已成为保障国家能源安全重大战略任务,是端稳端牢能源饭碗的重大战略选择。能否掌握这一领域的关键核心技术,实现高水平科技自立自强,对保障我国能源安全意义重大。

深地塔科 1 井的成功完钻,表明我国万米深地钻探系列技术利器成功经受超深、超高温、超高压、超高应力和复杂压力系统等极端工况考验,锻造出可与 " 万米深潜 "" 嫦娥探月 " 比肩的 " 国之重器 "。这标志着我国已全面掌握万米深地钻探技术,在我国钻探工程史上具有里程碑意义,是我国继 " 深空 "" 深海 " 之后在 " 深地 " 领域取得的又一重大突破。

在认识深地、探索深地、勘探深地的道路上,新疆石油人的新征程,已经启航。

延伸阅读

万米超深井的十大利器:

①   全球陆上首台 12000 米自动化钻机:万米深钻的 " 动力引擎 ",提升能力达 900 吨,可轻松吊起 2 列动车组,自动化作业减少,可使人工重体力劳动达到 80% 以上。

②   地质工程一体化设计技术:深地塔科 1 井的 " 大脑 ",科学设计出井身结构的 " 四梁八柱 ",首次揭示应力 - 弱面控制井壁稳定机理。

③   高强度钻杆及安全管控技术:连接地面和井下的 " 能量纽带 ",安全高效地将破岩能量传至万米深层。

④   超硬复合片及高端钻头:破碎深地极硬岩石的 " 铁齿铜牙 ",实现高端 PDC 钻头与超硬材料复合片的自主可控。

⑤   超高温水基钻井液体系:为万米深井钻进循环提供优质 " 血液 ",最高抗温 220 摄氏度,静置 12 天性能全程稳定,在处理井下复杂时发挥了关键性作用。

⑥   恶性井漏防治技术:钻井液漏失的 " 止血剂 ",关键技术全面自主可控,井漏预测准确率 83%,10288 米一次堵漏成功。

⑦ 高强度取芯成套工具:打开地球深部奥秘之门的 " 金钥匙 ",拥有完全自主知识产权,首次获取万米以深岩芯,珍贵程度堪比 " 月壤 "。

⑧ 移动式井场岩样测量成像系统 Corelog1.0:第一时间给万米之下地层做 " 活检 ",及时发现油气显示,快速识别储层。

⑨ 超高温超高压测井仪器:洞察万米深地的 " 火眼金睛 ",全球首次获得垂深超万米地层合格测井资料。

⑩ 超深井固井关键技术与装备:铸造万米深井的 " 铜墙铁壁 ",精细控压固井装备,超重载高压尾管悬挂器,套管受力分析方法,抗 240 摄氏度水泥浆体系,全井段固井质量良好。

监制:丁涛

统筹:冯婷、喻鹏涛

策划:葛惠芹

编辑:李娜

视频剪辑:卡那提 · 胡尔马尼亚

海报设计:海若微

素材来源:新华社、央视新闻客户端、中国石油报、中国能源报、天山网 - 新疆日报

出品:新疆日报社(集团)

指导单位:新疆维吾尔自治区党委网信办

责任编辑:阿依排日 · 阿布拉