◎ 科技日報記者 梁樂 朱彤
冬日的塔克拉瑪干沙漠腹地，一座約20層樓高的鋼鐵塔架聳立於沙海之中。在斑駁的積雪覆蓋下，這片“死亡之海”顯得更加寂靜。
而在地下萬米深處，沉睡了數億年之久的古老地層被“喚醒”。2月20日，中國石油宣佈，歷時500多天，我國首口超萬米科探井——深地塔科1井在地下10910米完鑽。這不僅重新整理了亞洲最深直井紀錄，還創下世界陸上鑽探萬米以深直井用時最短紀錄。
深地塔科1井在地下10910米勝利完鑽。
“加快地球深部探索，已成為保障國家能源安全的必然選擇。”中國石油塔里木油田企業首席專家、深地塔科1井井長王春生接受科技日報記者採訪時說，“我們依靠自主創新，經受住了超高溫、超高壓、超高入井載荷以及多套複雜壓力系統等極端工況的考驗。”
戴上深地鑽井“夜視鏡”
2023年5月30日，深地塔科1井正式鳴笛開鑽，中國人向萬米深地的首次遠征就此拉開序幕。
茫茫沙海中，深地塔科1井井架高聳入雲、鑽機隆隆作響。
為什麼要在人跡罕至的塔克拉瑪干沙漠，打下萬米科探井？
“答案很簡單，這裡是我國最大的深地油氣富集區。”塔里木油田勘探開發研究院院長楊憲彰說，在整個塔里木盆地，油氣埋深普遍超過6000米，超深層石油和天然氣資源量分別佔全國總量的83%和63%。
塔里木盆地曾長期被國外專家認為是“石油禁區”，但我國石油人迎難而上，硬是將“死亡之海”打造成為超深層油氣增儲上產前沿陣地。截至今年1月，塔里木油田累計完鑽8000米以深井191口，其中9000米以上深井5口。
“我們已經證實了8000米甚至9000米深度能產出工業油氣，但在萬米深度是否還存在可開發的油氣資源，在學界還存在很大爭論，需要‘打出’個新認識來。”楊憲彰說。
而要在垂直萬米的深度鑽井，國內此前並無先例，國際上也僅有個別國家掌握技術。在超深層油氣領域積累了一系列配套勘探開發工程技術的塔里木油田，在中石油多個油田的競爭中脫穎而出，立下了“軍令狀”。
接近萬米，一切都是未知領域。在開鑽前，必須重構地質認識。
夜幕下的深地塔科1井鑽井正酣。
塔里木油田科研人員應用地層精細化描述、VSP井中地震採集等技術，逐層對巖性開展預測分析，為鑽探萬米地層提前戴上一副“夜視鏡”。
“我們用了一年多時間進行地質研究，先後數次深入沙漠，在辦公室裡加班加點，還經常為了一個引數發生爭論，都是為了資料能夠精確再精確。”塔里木盆地勘探開發研究院基礎研究部盆地基礎地質研究專案課題經理楊果說，深地塔科1井完鑽後，預估地質預測與實鑽結果基本吻合，深度誤差不到1%。
啃下混合鑽頭“硬骨頭”
“轟隆！”碩大的鑽頭拽動著鑽桿，猶如一條強健的“地龍”，從地表俯衝而下，向著地下萬米進發。第一個1000米，僅用時4天。
鑽頭在“熟悉”的路況一路狂奔，直到進入9000米以深，速度明顯放緩，甚至時不時來個“一腳剎車”。
“這是我們預料之內的。這口井要縱穿12套地層，岩石型別多樣，還要與縫洞、斷裂發育帶和壓力系統複雜層段直接‘交鋒’。越接近萬米，困難越大。”楊果告訴記者。
當鑽頭進入9000米以深後，間斷髮育的堅硬燧石地層與相對柔軟的石膏地層交替出現。“就好比我們吃柿餅，肉很軟，核又很硬。如果咬的力量很大，就會一下子把牙齒崩掉。”塔里木油田油氣工藝研究院鑽井研究部鑽井工藝專案組專案副經理文亮說。
岩石“軟硬交錯”，極易對鑽頭切削齒帶來衝擊損傷，採用常規鑽頭一打到底根本行不通。
“那就選擇新鑽頭，吃軟又吃硬！”文亮說，在對磨損鑽頭和岩屑型別進行全面細緻的分析後，鑽井作業選用兼備攻擊性、抗研磨性、防卡等功能為一體的新型國產混合型鑽頭，一舉破解難題。
在深地塔科1井的作業現場，50多隻鑽頭有序排列在地面。這裡有主打表層的牙輪鑽頭，有適合“啃硬”的非平面齒PDC鑽頭，還有擅長在軟硬交錯地層破巖的異形齒混合鑽頭。
石油人在擺放即將入井的套管等鑽工具。
每一隻鑽頭的“牙齒”幾乎都被磨平，彷彿無聲訴說著這500多個日夜裡，於地下萬米處的激烈交鋒。
萬米以深，首尾相連的1000餘根鑽桿變得像麵條一樣柔軟，底部的鑽頭也很容易左右擺動。如何確保鑽頭一直保持垂直的作業軌跡，是擺在科研人員面前的又一道難題。
“要想打得直，首先得看得見。”文亮說，科研團隊研發了一整套抗高溫高壓的隨鑽測井儀器，透過分析地下萬米的即時資料，來判斷當下鑽頭的行進軌跡。同時，科研團隊還總結出防斜打直的機理和技術手段，一旦鑽井位置出現偏差，可迅速進行自動化調整。
拿下技術突破“攔路虎”
10000米，是一道大坎兒。
隨著鑽探深度的不斷增加，部分技術需求已經超出傳統鑽完井技術的能力極限，就像一輛大卡車在兩條細鋼絲繩上行駛，隨時會出現突發狀況。就在距離地下一萬米深度還差23米時，深地塔科1井遭遇了施工以來最大的一次險情。
“當時只聽到‘咚’的一聲巨響，井架出現明顯震動，井口冒著白氣，各項監測資料失靈。”塔里木油田油氣工藝研究院副院長張志說，現場各個工種緊急會商，一致判定是鑽具斷了。
鑽具由一根根10米長的鑽桿組成，鑽進萬米則需要千根鑽桿牢牢銜接。這次險情，是距地面2000米左右的一處鑽桿脫鉤，導致近8000米長、近300噸重的鑽具墜入深淵。
“地下萬米鑽具斷裂，對我們來說是全新挑戰。”張志說，要在以前，肯定是撈不起來的，一是沒有這麼深，二是沒有這麼重。
張志說，是專門為深地塔科1井研發的國產12000米特深井自動化鑽機，讓大家吃下了定心丸。這臺“大力士”的安全極限可達900噸，可深入萬米以下吊起15節滿載的貨運火車車廂。
施工人員首先使用自動化鑽機強大的高壓泥漿迴圈系統，恢復了井內迴圈，確保內壁沒有二次垮塌的風險，然後透過自動化鑽機打撈脫落鑽具並重新下鑽具。整個過程持續了4天4夜。
鑽機轟鳴在茫茫大漠，深地塔科1井正奮力向地下萬米挺進。
從10000米到最終完井，深地塔科1井又接連遭遇了井眼垮塌、惡性井漏、鹽水溢流等挑戰。科研人員和施工人員一起並肩作戰，運用新技術、新工藝，一次次化險為夷，拿下技術突破路上的“攔路虎”。
有意外，也有驚喜。當鑽頭打進超過萬米的寒武系肖爾布拉克組時，井下儀器引數顯示油氣存在。
在經過一系列安全處置後，來自萬米以深的油氣引出地表，大漠腹地燃起熊熊火焰。
黨的二十大報告提出，“深入推進能源革命，加強煤炭清潔高效利用，加大油氣資源勘探開發和增儲上產力度”。王春生表示：“深地塔科1井的成功完鑽，標誌著我國掌握了萬米深地鑽探技術，將有力助推我國深地鑽探系列關鍵裝備、工具、材料迭代升級，為超深層找油找氣提供了‘塔里木方案’！”
來源：科技日報，文中圖片均由中石油塔里木油田提供
編輯：王程玥