【创新故事】
◎本报记者 梁 乐 朱 彤
冬日的塔克拉玛干沙漠腹地，一座约20层楼高的钢铁塔架耸立于沙海之中。在斑驳的积雪覆盖下，这片“死亡之海”显得更加寂静。
而在地下万米深处，沉睡了数亿年之久的古老地层被“唤醒”。2月20日，中国石油宣布，历时500多天，我国首口超万米科探井——深地塔科1井在地下10910米完钻。这不仅刷新了亚洲最深直井纪录，还创下世界陆上钻探万米以深直井用时最短纪录。
“加快地球深部探索，已成为保障国家能源安全的必然选择。”中国石油塔里木油田企业首席专家、深地塔科1井井长王春生接受科技日报记者采访时说，“我们依靠自主创新，经受住了超高温、超高压、超高入井载荷以及多套复杂压力系统等极端工况的考验。”
戴上深地钻井“夜视镜”
2023年5月30日，深地塔科1井正式鸣笛开钻，中国人向万米深地的首次远征就此拉开序幕。
为什么要在人迹罕至的塔克拉玛干沙漠，打下万米科探井？
“答案很简单，这里是我国最大的深地油气富集区。”塔里木油田勘探开发研究院院长杨宪彰说，在整个塔里木盆地，油气埋深普遍超过6000米，超深层石油和天然气资源量分别占全国总量的83%和63%。
塔里木盆地曾长期被国外专家认为是“石油禁区”，但我国石油人迎难而上，硬是将“死亡之海”打造成为超深层油气增储上产前沿阵地。截至今年1月，塔里木油田累计完钻8000米以深井191口，其中9000米以上深井5口。
“我们已经证实了8000米甚至9000米深度能产出工业油气，但在万米深度是否还存在可开发的油气资源，在学界还存在很大争论，需要‘打出’个新认识来。”杨宪彰说。
而要在垂直万米的深度钻井，国内此前并无先例，国际上也仅有个别国家掌握技术。在超深层油气领域积累了一系列配套勘探开发工程技术的塔里木油田，在中石油多个油田的竞争中脱颖而出，立下了“军令状”。
接近万米，一切都是未知领域。在开钻前，必须重构地质认识。
塔里木油田科研人员应用地层精细化描述、VSP井中地震采集等技术，逐层对岩性开展预测分析，为钻探万米地层提前戴上一副“夜视镜”。
“我们用了一年多时间进行地质研究，先后数次深入沙漠，在办公室里加班加点，还经常为了一个参数发生争论，都是为了数据能够精确再精确。”塔里木盆地勘探开发研究院基础研究部盆地基础地质研究项目课题经理杨果说，深地塔科1井完钻后，预估地质预测与实钻结果基本吻合，深度误差不到1%。
啃下混合钻头“硬骨头”
“轰隆！”硕大的钻头拽动着钻杆，犹如一条强健的“地龙”，从地表俯冲而下，向着地下万米进发。第一个1000米，仅用时4天。
钻头在“熟悉”的路况一路狂奔，直到进入9000米以深，速度明显放缓，甚至时不时来个“一脚刹车”。
“这是我们预料之内的。这口井要纵穿12套地层，岩石类型多样，还要与缝洞、断裂发育带和压力系统复杂层段直接‘交锋’。越接近万米，困难越大。”杨果告诉记者。
当钻头进入9000米以深后，间断发育的坚硬燧石地层与相对柔软的石膏地层交替出现。“就好比我们吃柿饼，肉很软，核又很硬。如果咬的力量很大，就会一下子把牙齿崩掉。”塔里木油田油气工艺研究院钻井研究部钻井工艺项目组项目副经理文亮说。
岩石“软硬交错”，极易对钻头切削齿带来冲击损伤，采用常规钻头一打到底根本行不通。
“那就选择新钻头，吃软又吃硬！”文亮说，在对磨损钻头和岩屑类型进行全面细致的分析后，钻井作业选用兼备攻击性、抗研磨性、防卡等功能为一体的新型国产混合型钻头，一举破解难题。
在深地塔科1井的作业现场，50多只钻头有序排列在地面。这里有主打表层的牙轮钻头，有适合“啃硬”的非平面齿PDC钻头，还有擅长在软硬交错地层破岩的异形齿混合钻头。
每一只钻头的“牙齿”几乎都被磨平，仿佛无声诉说着这500多个日夜里，于地下万米处的激烈交锋。
万米以深，首尾相连的1000余根钻杆变得像面条一样柔软，底部的钻头也很容易左右摆动。如何确保钻头一直保持垂直的作业轨迹，是摆在科研人员面前的又一道难题。
“要想打得直，首先得看得见。”文亮说，科研团队研发了一整套抗高温高压的随钻测井仪器，通过分析地下万米的实时数据，来判断当下钻头的行进轨迹。同时，科研团队还总结出防斜打直的机理和技术手段，一旦钻井位置出现偏差，可迅速进行自动化调整。
拿下技术突破“拦路虎”
10000米，是一道大坎儿。
随着钻探深度的不断增加，部分技术需求已经超出传统钻完井技术的能力极限，就像一辆大卡车在两条细钢丝绳上行驶，随时会出现突发状况。就在距离地下一万米深度还差23米时，深地塔科1井遭遇了施工以来最大的一次险情。
“当时只听到‘咚’的一声巨响，井架出现明显震动，井口冒着白气，各项监测数据失灵。”塔里木油田油气工艺研究院副院长张志说，现场各个工种紧急会商，一致判定是钻具断了。
钻具由一根根10米长的钻杆组成，钻进万米则需要千根钻杆牢牢衔接。这次险情，是距地面2000米左右的一处钻杆脱钩，导致近8000米长、近300吨重的钻具坠入深渊。
“地下万米钻具断裂，对我们来说是全新挑战。”张志说，要在以前，肯定是捞不起来的，一是没有这么深，二是没有这么重。
张志说，是专门为深地塔科1井研发的国产12000米特深井自动化钻机，让大家吃下了定心丸。这台“大力士”的安全极限可达900吨，可深入万米以下吊起15节满载的货运火车车厢。
施工人员首先使用自动化钻机强大的高压泥浆循环系统，恢复了井内循环，确保内壁没有二次垮塌的风险，然后通过自动化钻机打捞脱落钻具并重新下钻具。整个过程持续了4天4夜。
从10000米到最终完井，深地塔科1井又接连遭遇了井眼垮塌、恶性井漏、盐水溢流等挑战。科研人员和施工人员一起并肩作战，运用新技术、新工艺，一次次化险为夷，拿下技术突破路上的“拦路虎”。
有意外，也有惊喜。当钻头打进超过万米的寒武系肖尔布拉克组时，井下仪器参数显示油气存在。
在经过一系列安全处置后，来自万米以深的油气引出地表，大漠腹地燃起熊熊火焰。
党的二十大报告提出，“深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，加大油气资源勘探开发和增储上产力度”。王春生表示：“深地塔科1井的成功完钻，标志着我国掌握了万米深地钻探技术，将有力助推我国深地钻探系列关键装备、工具、材料迭代升级，为超深层找油找气提供了‘塔里木方案’！”
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