向“地下珠峰”进军！

科技

2022-08-18 04:08

◎采写 | 科技日报记者滕继濮朱彤实习记者郑莉

◎策划 | 赵英淑林莉君

8月，当阳光刺破云层，投射在广袤的塔克拉玛干沙漠，一座座红白相间的井架点缀其间，散发着苍凉冷峻的工业之美。

目之所及，是一幅现代石油工业的壮阔画卷。在塔里木这个我国陆上最大的含油气盆地，分布着全国80%以上的超深井。凭借超常毅力、创新理论、高超技术、先进设备，塔里木石油人已经向下钻出了41座垂深超过8000米的超深井。

我国最大的超深超高压气田——克深气田

塔里木盆地，有着天赋异禀的油气资源，也有着难以捉摸的脾气秉性。在这里钻井，像成本极高的开盲盒。

在令人望而生畏的无人区，刀片山、锯齿崖、沙漠戈壁、死亡之海……恶劣的自然环境和复杂的地质情况像是一道不可逾越的天堑，给油气勘探开发笼上一层厚重的阴霾。从20世纪50年代末到80年代初，老一辈石油人历经五度上马、五度下马，打了130多口探井，却只收获两个中型油气田……

时光穿梭至2021年，塔里木油田油气产量当量继2020年首次突破3000万吨之后，又冲上了3182万吨新台阶，形成了两个万亿方大气区和一个10亿吨大油区的格局。

是什么让这个石油人的伤心地成为能源沃土，又是什么让这个巨大的盆地创造了一个个颠覆性的顶峰？

塔里木盆地的勘探开发史，就是对超深领域的不断探索史。

勇闯勘探禁区

“这里是勘探禁区，根本不能做物探。”面对塔里木盆地库车山前极为复杂的地表地质条件，地球物理学家伊尔玛兹曾作出这样的判断。

他谈及的库车山前位于盆地北缘、天山南麓，这里峭壁林立，悬崖叠起，峰峦嶙峋，草木不生，如斧砍刀斫过一样陡峭险要。

“抬头见青天，云雾绕井边，出门就爬坡，走路就攀山。”一首顺口溜道出了这里环境的险恶。

“塔里木盆地是一个大型叠合复合盆地，呈‘三隆四坳’构造格局，发育七个一级构造单元。”指着一张错综复杂的地形图，塔里木油田首席专家杨海军介绍说。几句简单“科普”就已经让外行人懵圈。

在塔里木石油展览馆，一个巨大的盆状模型让人直观感受到隆起、褶皱、断层……塔里木盆地地质构造的复杂，有地质学家打了个比方，就像把一摞盘子打碎了又踹了几脚。

正在钻进的满深10井

在专家眼中，56万平方公里的塔里木盆地，大致可分为几大块，分别是盆地周缘山前地带的前陆区（前陆盆地）、包括北部天山山前的库车前陆区、西南部昆仑山前的塔西南前陆区，以及盆地中心的台盆区（克拉通盆地）。

“与世界其他盆地地质条件完全不同，塔里木盆地历经八期构造变形，油气藏普遍具有超深、高温、高压、高含硫、高含蜡的特征，油气藏埋深大于4500米的探明储量占总储量的74.9%，勘探开发难度极大。”杨海军说。

历史也印证着这一点——

从20世纪50年代初至70年代末，我国先后五上塔里木。受技术水平和经济条件制约，无法搞清地质结构，无法查明构造形态，纵使老一辈石油人苦苦寻觅，“空井一口接着一口”，仅在中浅层发现依奇克里克和柯克亚两个中小油气田，收效甚微。

进入80年代，原石油工业部组织“六上”塔里木，终于没有空手而归，特别是1988年轮南2井取得具有里程碑意义的突破，在塔里木盆地拉开了大规模油气勘探开发的序幕。

1989年4月，塔里木石油勘探开发指挥部在梨城库尔勒成立，两万多名石油大军在此集结，展开了一场新型石油大会战。

进入新世纪，塔里木油田石油与天然气业务并举，发现了一批大中型气田，推动了西气东输工程的建设投运，2008年油气当量产量突破2000万吨。

向超深层进军

过去，难度小、开发成本低的浅层资源，一直是油气勘探开发的重点。随着中浅层油气资源进入开发中后期，以及地质理论、工程技术的不断进步，超深层油气已成为全球重要的接替能源。

关于油气勘探深度界线的划分，国内外并没有明确和统一的界定，通常与地质特征、勘探难度、勘探成本等因素有关，对于中西部盆地来说，一般将埋藏深度4500米作为深层界线，6000米作为超深层界线。

进军超深层！兴起于20世纪80年代的全球超深油气勘探，在21世纪初进入快速发展阶段，因为中浅层越来越难以发现大型的油气藏。

石油地质与构造地质学家、中国科学院院士贾承造认为，随着对地下认识的不断深化，“深层储层很差”的想法已经过时。

事实证明，的确如此。塔里木盆地埋深超过6000米的石油和天然气资源分别占全国的83.2%和63.9%，是我国最大的深地油气富集区。

然而，一深带万难。

超深层探索之路几经波折。西气东输的投用，带来塔里木油田天然气事业的大发展。但是，自克拉2、迪那2后，塔里木油田在6000米以浅再未取得大突破。在6000米以深超深层油气勘探也是屡屡受挫。

目前亚洲最大的天然气处理厂—克拉2中央处理厂

打探井就像开盲盒，只是开一个超深层的盲盒，至少耗费几千万元，甚至上亿元。在与世隔绝的戈壁荒漠，奋战几百天，如果开出一个空盒子，于钻井人，是比井还深的绝望，于勘探人，是比山还大的压力。

只有先从地质上发现了有油气的理论支撑，才可能打出油气田来。面对56万平方公里的大漠戈壁、断崖险滩，犹如大海捞针，该去哪儿找油找气？

石油工业每一次大发展，都离不开地质理论的先行飞跃。

“当年，多轮尝试受挫，我们向往已久的大场面始终没有出现。我们意识到，必须重新审视勘探思路，采取革命性措施。”塔里木油田企业专家杨文静说。

20世纪90年代初从同济大学毕业时，她带来的是书本上的知识。组织并指导过多轮风险探井论证，发现多个勘探新领域后，她又积累了很多实战经验。

按照传统的背斜找油理论，他们相继在轮南、英买力及塔中三大隆起区5000米左右的深层获得了高产油气流，但随后整体解剖轮南大背斜受挫，深层勘探陷入“有发现，无储量，无产量”的困境。

戴着厚厚黑框眼镜，留着齐耳短发的杨文静形容那段“受挫—打碎—重塑—再打碎—再重塑”的艰难历程，是一次对知识与经验的颠覆性认识，无异于一次灵魂的重塑。

“构想是勘探的灵魂。完全是摸着石头过河，国内外其他盆地没有类似的油气田和成熟的理论可供借鉴，只能在实践中摸索创新。”杨文静说。

圈闭，是指在地下聚集和保存油气的场所，是勘探人魂牵梦绕的地方。

从2005年到2007年，他们在克拉苏构造带创造性地开展了“宽线+大组合”二维地震攻关，地震资料品质也因此实现质的飞跃，发现和落实了一批超深圈闭。

随着复杂构造区成像质量显著提高，克深构造神秘面纱一层层揭开；一系列颠覆性地质理论认识，攻克了超深复杂地区的构造建模难题，为超深特大气田发现提供了理论支持。

理论突破，一扫过去的阴霾。2008年，克深2井在地下6573米到6697米的井段获得了高产气流，打破了当时“6000米是油气死亡线”的传统认识，全面打开了克拉苏构造带地下7000米的局面，发现了克拉苏盐下超深大气田。

由此，塔里木进入超深领域规模勘探阶段，勘探深度一步步从6000米、7000米迈向8000米，克深8、克深9、克深13、克深5……到2017年底，累计发现12个气藏，这意味着形成了塔里木盆地第一个万亿方大气区——克拉—克深大气区。

局面就此打开

还有没有第二个？

塔里木油田勘探开发研究院把目标放在了克深旁边的博孜—大北区域，这里同样位于克拉苏构造带，具有类似的地质条件，也曾获得勘探发现，但越往西走油气埋藏越深，普遍超过7000米，勘探难度大，始终未形成规模。

“好吃的肉都吃掉了，剩下的都是难啃的硬骨头。”塔里木油田勘探开发研究院党委书记施英说。

调研了全球相似盆地后，他们发现毫无先例可直接借鉴。于是，他们联合国内外多家高水平研究团队，重新梳理了5500平方公里范围内的断裂，系统分析了1000余次天然地震信息，开展了数百次室内物理模拟实验，用一年时间，终于明确了克拉苏四大断裂带，划分出四个构造转换带，并创新提出了构造变换带建模理论，找到了开启地下宝藏的金钥匙。

仅用半年时间，就发现落实了21个圈闭，新发现了11个气藏，博孜—大北的天然气勘探呈爆发式增长。

加快博孜区块高效建产

正当大家都以为第二个万亿方大气区就这样被发现时，2021年初，博孜21、博孜22等探井、评价井却接连失利，给了他们当头一棒。

问题到底出在哪儿？

为拨开迷雾，该研究院成立6个攻关小组，全面总结41口井成功与失利经验教训，一项一项进行系统分析。

一个月后，他们又成立了精细勘探专班，系统开展基础研究。

专班班长谢会文从克拉2开始就从事克拉苏构造带勘探工作，他告诉科技日报记者：“八个月里，专班精细立体解释了3万多平方公里地震资料，化验岩芯样品近3000块次，堆起来能装一卡车，重新绘制地质图件500余幅，摞起来有半米高。”

至此，博孜—大北的地下情况渐渐清晰。

2021年，一批新井重新上钻，成功率提高了近20个百分点。其中，大北4井在8143米测试获重大发现，创亚洲陆上碎屑岩气井深度之最，证实8000米以深仍存在优质储层，坚定了在超深层继续寻找大气田的信心和决心。

截至2021年底，博孜—大北累计发现了17个超深油气藏，提交三级储量7000亿方。

“今年一季度，我们又新落实了8个圈闭，第二个万亿方大气区基本在握。”施英说。

满深油田井架林立

2022年7月底，“塔里木油田博孜—大北超深大气区100亿立方米产能建设工程”开工，这是迄今我国最大的超深凝析气田项目，博孜—大北也步入了全面开发阶段，凝析油和天然气产量将在“十四五”末分别达到102万吨、100亿立方米。

突破“深度极限”

8月盛夏酷暑，赤日炎炎，银沙刺眼。顶着40摄氏度以上的高温天气，人在塔克拉玛干沙漠里行走，只觉得酷热难耐。

在浩瀚无垠的沙漠一路颠簸，历经几个小时的长途跋涉，终于在数百公里外，记者见到了大漠腹地已建成的年产200万吨大油田——富满油田。

钻塔高耸入云，在漫天风沙中傲然挺立。

这是全球陆上最深海相碳酸盐岩油田，油气埋深超过7500米，是我国在7500米以深建成的规模最大、开发效益最好的油田，也是我国超深复杂气藏高效勘探开发示范区。面积超过一万平方公里、油气资源量超过10亿吨的富满油田，是塔里木盆地近10年来最大的石油勘探发现。

“去年塔里木油田扩建完成油气处理装置，串联起了富满油田东西近160公里的190口油气井。”塔里木油田哈得油气开发部经理李旭光是个高大的青年人，身着红色工作服，“一年大概有三分之二的时间都泡在野外现场”，多年扎根大漠一线的奋战时光让他对油田勘探开发的来龙去脉知之甚深，如数家珍。

上天、下海、入地，是人类探索自然的三大壮举。作为“入地”的重要手段之一，超深钻井被称为“深入地球内部的望远镜”。

2002年，朱光亚院士在考察油田时说，原以为上天难，现在看来入地更难。

在“碎盘子”中找油难，把油采出来更难。走访塔里木油田，很多人形容：“在复杂地质条件下，深井超深井的钻井，就像天天打遭遇战。”

理论上可行不代表生产实践中能一路畅通。深井技术，是“全球少有、国内独有”的钻井工程难题。

这是一场与险恶环境的斗争、与技术挑战的较量，更是一场精神的淬炼。石油人不断挑战极限，突破禁区，一次次用探索、实践和创新更改教科书的“金科玉律”。

7月15日23时，天刚黑透，结束一天繁忙工作的塔里木油田勘探事业部经理贾应林与记者挑灯夜谈。

某位老领导退休后，一次聊天时对贾应林说：“终于不用担惊受怕了。”

贾应林太懂他了，老领导的责任之一，就是坐上越野车从一个井口赶往另一个，去指导解决各种问题，最怕夜里手机响。

然而，塔里木盆地地质条件与世界其他盆地完全不同，历经八期构造变形，地质构造复杂多样，油气藏普遍存在超深、超高温、超高压等勘探开发难题。

“起初油田引进的是垂直钻井技术，结果水土不服，问题层出不穷。”贾应林说，井打不直，深层钻井周期长，套管磨损严重，钻井过程中井漏和溢流交替发生。地层倾角大带来的井斜控制和加大钻压之间的矛盾，如何准确选择钻头型号，随着井深增加，高温和异常超高压对钻井装备和井控工作提出的技术要求……这些都是巨大挑战。

纵然地壳深部有丰富的油气资源，但坚硬的岩石、高温高压的极端环境，导致向地球深部探索困难重重。超深井每增加100米，难度就会增加一个指数级。

比如库车山前地下上层的巨厚砾石层硬过“金刚石”，最厚可达5000米，中层软得像橡皮糖的复合盐膏层最厚达2000米，底部的致密砂岩好比磨刀石。

塔里木超深井钻井之难，还表现在井底高温、高压和高地应力的共同叠加，近200度的高温和近200兆帕的高压，让坚硬的钻井工具柔软如“面条”。

为了克服储层超深、超高压、高温等多个极限难题，塔里木油田进行了多项技术攻关，创新了超深复杂压力系统安全封隔技术、发明了三套复杂难钻地层快速钻井技术、创建了极端环境下井筒完整性技术。

其中，油田创新的超深复杂压力系统安全封隔技术，构建了满足不同盐层埋深、层数、蠕变强度的非标井身结构系列，解决了多套超深复合盐层安全封隔重大难题。

正是借助该技术，塔里木油田钻成了亚洲陆上最深井——轮探1井，实现了重大勘探发现。

井深8882米的亚洲陆上第一深井轮探1井试油成功

2020年1月，位于轮南的风险探井轮探1井，折算日产原油133.46立方米、天然气4.87万立方米。该井钻探井深8882米，相当于在地下打出了一座“珠穆朗玛峰”，当时创造了亚洲陆上最深井、最深出油气井等七项纪录。

这同时证实了塔里木盆地8200米以深地层依然发育原生油藏和优质储盖组合，发现全球最深古生界油气藏，且钻井装备配套、钻工具、钻井液全部实现国产化。

在地下构造最复杂的库车山前，平均钻井周期由以往的2年缩短至200多天，实现了“打不成”到难钻地层“打得快”、复杂地质“钻得深”、极端工况“靠得住”的重大跨越。

牵头聚焦装备领域，塔里木油田与宝石机械“联姻”，合力打造了国内首台四单根立柱9000米超深井钻机；与宝鸡钢管“牵手”，研发出“超级13铬油管”，以其更强性能和更低成本，在同区块和进口油管的“擂台赛”上大获全胜。

目前，300多项重要油气生产设备实现国产化，自主研发的国产油基泥浆打破了国外长达9年的技术垄断……一批“石油重器”填补了国内空白，突破了工程技术“深度极限”。

从“刀片山”上的攻城拔寨，到轮探1井钻出的“地下珠峰”，再到富满油田超深层涌出的滚滚油气，一系列科技创新“组合拳”接连打出，突破了深地复杂油气藏钻完井关键技术，实现了难钻地层打得快、复杂地质钻得深、极端工况靠得住、难动用储量采得出。

在中国工程院院士罗平亚、中国科学院院士高德利看来，塔里木深地复杂油气藏钻完井技术引领了全球陆上井筒完整性技术发展，实现了规模应用，证明我国深地钻井工艺技术已跨入世界前列。

今年5月，塔里木油田首口超9000米的深井开钻，向塔里木盆地北部超深地层钻进，这一深度将超越“地下珠穆朗玛峰”。

文中图片均由塔里木油田公司提供

科技日报•深瞳工作室出品

微信编辑丨张琦琪

审核丨岳靓

终审丨王婷婷

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来源: qq

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