深瞳工作室出品
科技日報記者 滕繼濮 朱彤 實習(xí)記者 鄭莉 策劃 趙英淑 林莉君
在塔里木這個我國陸上最大的含油氣盆地，分布著全國80%以上的超深井。憑借超常毅力、創(chuàng)新理論、高超技術(shù)、先進設(shè)備，塔里木石油人已經(jīng)向下鉆出了41座垂深超過8000米的超深井。
塔里木油田鉆井現(xiàn)場。塔里木油田公司供圖
位于沙漠腹地的塔中第三聯(lián)合站。塔里木油田公司供圖
8月，當陽光刺破云層，投射在廣袤的塔克拉瑪干沙漠，一座座紅白相間的井架點綴其間，散發(fā)著蒼涼冷峻的工業(yè)之美。
目之所及，是一幅現(xiàn)代石油工業(yè)的壯闊畫卷。在塔里木這個我國陸上最大的含油氣盆地，分布著全國80%以上的超深井。憑借超常毅力、創(chuàng)新理論、高超技術(shù)、先進設(shè)備，塔里木石油人已經(jīng)向下鉆出了41座垂深超過8000米的超深井。
塔里木盆地，有著天賦異稟的油氣資源，也有著難以捉摸的脾氣秉性。在這里鉆井，像成本極高的開盲盒。
在令人望而生畏的無人區(qū)，刀片山、鋸齒崖、沙漠戈壁、死亡之海……惡劣的自然環(huán)境和復(fù)雜的地質(zhì)情況像是一道不可逾越的天塹，給油氣勘探開發(fā)籠上一層厚重的陰霾。從20世紀50年代末到80年代初，老一輩石油人歷經(jīng)五度上馬、五度下馬，打了130多口探井，卻只收獲兩個中型油氣田……
時光穿梭至2021年，塔里木油田油氣產(chǎn)量當量繼2020年首次突破3000萬噸之后，又沖上了3182萬噸新臺階，形成了兩個萬億方大氣區(qū)和一個10億噸大油區(qū)的格局。
是什么讓這個石油人的傷心地成為能源沃土，又是什么讓這個巨大的盆地創(chuàng)造了一個個顛覆性的頂峰？
塔里木盆地的勘探開發(fā)史，就是對超深領(lǐng)域的不斷探索史。
勇闖勘探禁區(qū)
“這里是勘探禁區(qū)，根本不能做物探。”面對塔里木盆地庫車山前極為復(fù)雜的地表地質(zhì)條件，地球物理學(xué)家伊爾瑪茲曾作出這樣的判斷。
他談及的庫車山前位于盆地北緣、天山南麓，這里峭壁林立，懸崖疊起，峰巒嶙峋，草木不生，如斧砍刀斫過一樣陡峭險要。
“抬頭見青天，云霧繞井邊，出門就爬坡，走路就攀山?！币皇醉樋诹锏莱隽诉@里環(huán)境的險惡。
“塔里木盆地是一個大型疊合復(fù)合盆地，呈‘三隆四坳’構(gòu)造格局，發(fā)育七個一級構(gòu)造單元?！敝钢粡堝e綜復(fù)雜的地形圖，塔里木油田首席專家楊海軍介紹說。幾句簡單“科普”就已經(jīng)讓外行人懵圈。
在塔里木石油展覽館，一個巨大的盆狀模型讓人直觀感受到隆起、褶皺、斷層……塔里木盆地地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜，有地質(zhì)學(xué)家打了個比方，就像把一摞盤子打碎了又踹了幾腳。
在專家眼中，56萬平方公里的塔里木盆地，大致可分為幾大塊，分別是盆地周緣山前地帶的前陸區(qū)（前陸盆地）、包括北部天山山前的庫車前陸區(qū)、西南部昆侖山前的塔西南前陸區(qū)，以及盆地中心的臺盆區(qū)（克拉通盆地）。
“與世界其他盆地地質(zhì)條件完全不同，塔里木盆地歷經(jīng)八期構(gòu)造變形，油氣藏普遍具有超深、高溫、高壓、高含硫、高含蠟的特征，油氣藏埋深大于4500米的探明儲量占總儲量的74.9%，勘探開發(fā)難度極大。”楊海軍說。
歷史也印證著這一點——
從20世紀50年代初至70年代末，我國先后五上塔里木。受技術(shù)水平和經(jīng)濟條件制約，無法搞清地質(zhì)結(jié)構(gòu)，無法查明構(gòu)造形態(tài)，縱使老一輩石油人苦苦尋覓，“空井一口接著一口”，僅在中淺層發(fā)現(xiàn)依奇克里克和柯克亞兩個中小油氣田，收效甚微。
進入80年代，原石油工業(yè)部組織“六上”塔里木，終于沒有空手而歸，特別是1988年輪南2井取得具有里程碑意義的突破，在塔里木盆地拉開了大規(guī)模油氣勘探開發(fā)的序幕。
1989年4月，塔里木石油勘探開發(fā)指揮部在梨城庫爾勒成立，兩萬多名石油大軍在此集結(jié)，展開了一場新型石油大會戰(zhàn)。
進入新世紀，塔里木油田石油與天然氣業(yè)務(wù)并舉，發(fā)現(xiàn)了一批大中型氣田，推動了西氣東輸工程的建設(shè)投運，2008年油氣當量產(chǎn)量突破2000萬噸。
向超深層進軍
過去，難度小、開發(fā)成本低的淺層資源，一直是油氣勘探開發(fā)的重點。隨著中淺層油氣資源進入開發(fā)中后期，以及地質(zhì)理論、工程技術(shù)的不斷進步，超深層油氣已成為全球重要的接替能源。
關(guān)于油氣勘探深度界線的劃分，國內(nèi)外并沒有明確和統(tǒng)一的界定，通常與地質(zhì)特征、勘探難度、勘探成本等因素有關(guān)，對于中西部盆地來說，一般將埋藏深度4500米作為深層界線，6000米作為超深層界線。
進軍超深層！興起于20世紀80年代的全球超深油氣勘探，在21世紀初進入快速發(fā)展階段，因為中淺層越來越難以發(fā)現(xiàn)大型的油氣藏。
石油地質(zhì)與構(gòu)造地質(zhì)學(xué)家、中國科學(xué)院院士賈承造認為，隨著對地下認識的不斷深化，“深層儲層很差”的想法已經(jīng)過時。
事實證明，的確如此。塔里木盆地埋深超過6000米的石油和天然氣資源分別占全國的83.2%和63.9%，是我國最大的深地油氣富集區(qū)。
然而，一深帶萬難。
超深層探索之路幾經(jīng)波折。西氣東輸?shù)耐队?，帶來塔里木油田天然氣事業(yè)的大發(fā)展。但是，自克拉2、迪那2后，塔里木油田在6000米以淺再未取得大突破。在6000米以深超深層油氣勘探也是屢屢受挫。
打探井就像開盲盒，只是開一個超深層的盲盒，至少耗費幾千萬元，甚至上億元。在與世隔絕的戈壁荒漠，奮戰(zhàn)幾百天，如果開出一個空盒子，于鉆井人，是比井還深的絕望，于勘探人，是比山還大的壓力。
只有先從地質(zhì)上發(fā)現(xiàn)了有油氣的理論支撐，才可能打出油氣田來。面對56萬平方公里的大漠戈壁、斷崖險灘，猶如大海撈針，該去哪兒找油找氣？
石油工業(yè)每一次大發(fā)展，都離不開地質(zhì)理論的先行飛躍。
“當年，多輪嘗試受挫，我們向往已久的大場面始終沒有出現(xiàn)。我們意識到，必須重新審視勘探思路，采取革命性措施。”塔里木油田企業(yè)專家楊文靜說。
20世紀90年代初從同濟大學(xué)畢業(yè)時，她帶來的是書本上的知識。組織并指導(dǎo)過多輪風險探井論證，發(fā)現(xiàn)多個勘探新領(lǐng)域后，她又積累了很多實戰(zhàn)經(jīng)驗。
按照傳統(tǒng)的背斜找油理論，他們相繼在輪南、英買力及塔中三大隆起區(qū)5000米左右的深層獲得了高產(chǎn)油氣流，但隨后整體解剖輪南大背斜受挫，深層勘探陷入“有發(fā)現(xiàn)，無儲量，無產(chǎn)量”的困境。
戴著厚厚黑框眼鏡，留著齊耳短發(fā)的楊文靜形容那段“受挫—打碎—重塑—再打碎—再重塑”的艱難歷程，是一次對知識與經(jīng)驗的顛覆性認識，無異于一次靈魂的重塑。
“構(gòu)想是勘探的靈魂。完全是摸著石頭過河，國內(nèi)外其他盆地沒有類似的油氣田和成熟的理論可供借鑒，只能在實踐中摸索創(chuàng)新。”楊文靜說。
圈閉，是指在地下聚集和保存油氣的場所，是勘探人魂牽夢繞的地方。
從2005年到2007年，他們在克拉蘇構(gòu)造帶創(chuàng)造性地開展了“寬線+大組合”二維地震攻關(guān)，地震資料品質(zhì)也因此實現(xiàn)質(zhì)的飛躍，發(fā)現(xiàn)和落實了一批超深圈閉。
隨著復(fù)雜構(gòu)造區(qū)成像質(zhì)量顯著提高，克深構(gòu)造神秘面紗一層層揭開；一系列顛覆性地質(zhì)理論認識，攻克了超深復(fù)雜地區(qū)的構(gòu)造建模難題，為超深特大氣田發(fā)現(xiàn)提供了理論支持。
理論突破，一掃過去的陰霾。2008年，克深2井在地下6573米到6697米的井段獲得了高產(chǎn)氣流，打破了當時“6000米是油氣死亡線”的傳統(tǒng)認識，全面打開了克拉蘇構(gòu)造帶地下7000米的局面，發(fā)現(xiàn)了克拉蘇鹽下超深大氣田。
由此，塔里木進入超深領(lǐng)域規(guī)?？碧诫A段，勘探深度一步步從6000米、7000米邁向8000米，克深8、克深9、克深13、克深5……到2017年底，累計發(fā)現(xiàn)12個氣藏，這意味著形成了塔里木盆地第一個萬億方大氣區(qū)——克拉—克深大氣區(qū)。
局面就此打開
還有沒有第二個？
塔里木油田勘探開發(fā)研究院把目標放在了克深旁邊的博孜—大北區(qū)域，這里同樣位于克拉蘇構(gòu)造帶，具有類似的地質(zhì)條件，也曾獲得勘探發(fā)現(xiàn)，但越往西走油氣埋藏越深，普遍超過7000米，勘探難度大，始終未形成規(guī)模。
“好吃的肉都吃掉了，剩下的都是難啃的硬骨頭?！彼锬居吞锟碧介_發(fā)研究院黨委書記施英說。
調(diào)研了全球相似盆地后，他們發(fā)現(xiàn)毫無先例可直接借鑒。于是，他們聯(lián)合國內(nèi)外多家高水平研究團隊，重新梳理了5500平方公里范圍內(nèi)的斷裂，系統(tǒng)分析了1000余次天然地震信息，開展了數(shù)百次室內(nèi)物理模擬實驗，用一年時間，終于明確了克拉蘇四大斷裂帶，劃分出四個構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，并創(chuàng)新提出了構(gòu)造變換帶建模理論，找到了開啟地下寶藏的金鑰匙。
僅用半年時間，就發(fā)現(xiàn)落實了21個圈閉，新發(fā)現(xiàn)了11個氣藏，博孜—大北的天然氣勘探呈爆發(fā)式增長。
正當大家都以為第二個萬億方大氣區(qū)就這樣被發(fā)現(xiàn)時，2021年初，博孜21、博孜22等探井、評價井卻接連失利，給了他們當頭一棒。
問題到底出在哪兒？
為撥開迷霧，該研究院成立6個攻關(guān)小組，全面總結(jié)41口井成功與失利經(jīng)驗教訓(xùn)，一項一項進行系統(tǒng)分析。
一個月后，他們又成立了精細勘探專班，系統(tǒng)開展基礎(chǔ)研究。
專班班長謝會文從克拉2開始就從事克拉蘇構(gòu)造帶勘探工作，他告訴科技日報記者：“八個月里，專班精細立體解釋了3萬多平方公里地震資料，化驗巖芯樣品近3000塊次，堆起來能裝一卡車，重新繪制地質(zhì)圖件500余幅，摞起來有半米高?！?/p>
至此，博孜—大北的地下情況漸漸清晰。
2021年，一批新井重新上鉆，成功率提高了近20個百分點。其中，大北4井在8143米測試獲重大發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)亞洲陸上碎屑巖氣井深度之最，證實8000米以深仍存在優(yōu)質(zhì)儲層，堅定了在超深層繼續(xù)尋找大氣田的信心和決心。
截至2021年底，博孜—大北累計發(fā)現(xiàn)了17個超深油氣藏，提交三級儲量7000億方。
“今年一季度，我們又新落實了8個圈閉，第二個萬億方大氣區(qū)基本在握?！笔┯⒄f。
2022年7月底，“塔里木油田博孜—大北超深大氣區(qū)100億立方米產(chǎn)能建設(shè)工程”開工，這是迄今我國最大的超深凝析氣田項目，博孜—大北也步入了全面開發(fā)階段，凝析油和天然氣產(chǎn)量將在“十四五”末分別達到102萬噸、100億立方米。
突破“深度極限”
8月盛夏酷暑，赤日炎炎，銀沙刺眼。頂著40攝氏度以上的高溫天氣，人在塔克拉瑪干沙漠里行走，只覺得酷熱難耐。
在浩瀚無垠的沙漠一路顛簸，歷經(jīng)幾個小時的長途跋涉，終于在數(shù)百公里外，記者見到了大漠腹地已建成的年產(chǎn)200萬噸大油田——富滿油田。
鉆塔高聳入云，在漫天風沙中傲然挺立。
這是全球陸上最深海相碳酸鹽巖油田，油氣埋深超過7500米，是我國在7500米以深建成的規(guī)模最大、開發(fā)效益最好的油田，也是我國超深復(fù)雜氣藏高效勘探開發(fā)示范區(qū)。面積超過一萬平方公里、油氣資源量超過10億噸的富滿油田，是塔里木盆地近10年來最大的石油勘探發(fā)現(xiàn)。
“去年塔里木油田擴建完成油氣處理裝置，串聯(lián)起了富滿油田東西近160公里的190口油氣井?！彼锬居吞锕糜蜌忾_發(fā)部經(jīng)理李旭光是個高大的青年人，身著紅色工作服，“一年大概有三分之二的時間都泡在野外現(xiàn)場”，多年扎根大漠一線的奮戰(zhàn)時光讓他對油田勘探開發(fā)的來龍去脈知之甚深，如數(shù)家珍。
上天、下海、入地，是人類探索自然的三大壯舉。作為“入地”的重要手段之一，超深鉆井被稱為“深入地球內(nèi)部的望遠鏡”。
2002年，朱光亞院士在考察油田時說，原以為上天難，現(xiàn)在看來入地更難。
在“碎盤子”中找油難，把油采出來更難。走訪塔里木油田，很多人形容：“在復(fù)雜地質(zhì)條件下，深井超深井的鉆井，就像天天打遭遇戰(zhàn)?！?/p>
理論上可行不代表生產(chǎn)實踐中能一路暢通。深井技術(shù)，是“全球少有、國內(nèi)獨有”的鉆井工程難題。
這是一場與險惡環(huán)境的斗爭、與技術(shù)挑戰(zhàn)的較量，更是一場精神的淬煉。石油人不斷挑戰(zhàn)極限，突破禁區(qū)，一次次用探索、實踐和創(chuàng)新更改教科書的“金科玉律”。
7月15日23時，天剛黑透，結(jié)束一天繁忙工作的塔里木油田勘探事業(yè)部經(jīng)理賈應(yīng)林與記者挑燈夜談。
某位老領(lǐng)導(dǎo)退休后，一次聊天時對賈應(yīng)林說：“終于不用擔驚受怕了?！?/p>
賈應(yīng)林太懂他了，老領(lǐng)導(dǎo)的責任之一，就是坐上越野車從一個井口趕往另一個，去指導(dǎo)解決各種問題，最怕夜里手機響。
然而，塔里木盆地地質(zhì)條件與世界其他盆地完全不同，歷經(jīng)八期構(gòu)造變形，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多樣，油氣藏普遍存在超深、超高溫、超高壓等勘探開發(fā)難題。
“起初油田引進的是垂直鉆井技術(shù)，結(jié)果水土不服，問題層出不窮?！辟Z應(yīng)林說，井打不直，深層鉆井周期長，套管磨損嚴重，鉆井過程中井漏和溢流交替發(fā)生。地層傾角大帶來的井斜控制和加大鉆壓之間的矛盾，如何準確選擇鉆頭型號，隨著井深增加，高溫和異常超高壓對鉆井裝備和井控工作提出的技術(shù)要求……這些都是巨大挑戰(zhàn)。
縱然地殼深部有豐富的油氣資源，但堅硬的巖石、高溫高壓的極端環(huán)境，導(dǎo)致向地球深部探索困難重重。超深井每增加100米，難度就會增加一個指數(shù)級。
比如庫車山前地下上層的巨厚礫石層硬過“金剛石”，最厚可達5000米，中層軟得像橡皮糖的復(fù)合鹽膏層最厚達2000米，底部的致密砂巖好比磨刀石。
塔里木超深井鉆井之難，還表現(xiàn)在井底高溫、高壓和高地應(yīng)力的共同疊加，近200度的高溫和近200兆帕的高壓，讓堅硬的鉆井工具柔軟如“面條”。
為了克服儲層超深、超高壓、高溫等多個極限難題，塔里木油田進行了多項技術(shù)攻關(guān)，創(chuàng)新了超深復(fù)雜壓力系統(tǒng)安全封隔技術(shù)、發(fā)明了三套復(fù)雜難鉆地層快速鉆井技術(shù)、創(chuàng)建了極端環(huán)境下井筒完整性技術(shù)。
其中，油田創(chuàng)新的超深復(fù)雜壓力系統(tǒng)安全封隔技術(shù)，構(gòu)建了滿足不同鹽層埋深、層數(shù)、蠕變強度的非標井身結(jié)構(gòu)系列，解決了多套超深復(fù)合鹽層安全封隔重大難題。
正是借助該技術(shù)，塔里木油田鉆成了亞洲陸上最深井——輪探1井，實現(xiàn)了重大勘探發(fā)現(xiàn)。
2020年1月，位于輪南的風險探井輪探1井，折算日產(chǎn)原油133.46立方米、天然氣4.87萬立方米。該井鉆探井深8882米，相當于在地下打出了一座“珠穆朗瑪峰”，當時創(chuàng)造了亞洲陸上最深井、最深出油氣井等七項紀錄。
這同時證實了塔里木盆地8200米以深地層依然發(fā)育原生油藏和優(yōu)質(zhì)儲蓋組合，發(fā)現(xiàn)全球最深古生界油氣藏，且鉆井裝備配套、鉆工具、鉆井液全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。
在地下構(gòu)造最復(fù)雜的庫車山前，平均鉆井周期由以往的2年縮短至200多天，實現(xiàn)了“打不成”到難鉆地層“打得快”、復(fù)雜地質(zhì)“鉆得深”、極端工況“靠得住”的重大跨越。
牽頭聚焦裝備領(lǐng)域，塔里木油田與寶石機械“聯(lián)姻”，合力打造了國內(nèi)首臺四單根立柱9000米超深井鉆機；與寶雞鋼管“牽手”，研發(fā)出“超級13鉻油管”，以其更強性能和更低成本，在同區(qū)塊和進口油管的“擂臺賽”上大獲全勝。
目前，300多項重要油氣生產(chǎn)設(shè)備實現(xiàn)國產(chǎn)化，自主研發(fā)的國產(chǎn)油基泥漿打破了國外長達9年的技術(shù)壟斷……一批“石油重器”填補了國內(nèi)空白，突破了工程技術(shù)“深度極限”。
從“刀片山”上的攻城拔寨，到輪探1井鉆出的“地下珠峰”，再到富滿油田超深層涌出的滾滾油氣，一系列科技創(chuàng)新“組合拳”接連打出，突破了深地復(fù)雜油氣藏鉆完井關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了難鉆地層打得快、復(fù)雜地質(zhì)鉆得深、極端工況靠得住、難動用儲量采得出。
在中國工程院院士羅平亞、中國科學(xué)院院士高德利看來，塔里木深地復(fù)雜油氣藏鉆完井技術(shù)引領(lǐng)了全球陸上井筒完整性技術(shù)發(fā)展，實現(xiàn)了規(guī)模應(yīng)用，證明我國深地鉆井工藝技術(shù)已跨入世界前列。
今年5月，塔里木油田首口超9000米的深井開鉆，向塔里木盆地北部超深地層鉆進，這一深度將超越“地下珠穆朗瑪峰”。
