不久前，在塔里木盆地腹地，我國深地工程獲得重大突破，首口超萬米科探井——深地塔科1井完成鉆井任務。深地塔科1井以10910米的垂直深度，不僅創(chuàng)下亞洲第一、世界第二的鉆探奇跡，更標志著中國深地資源勘探進入“萬米時代”。
這項工程的背后，是自主研發(fā)的十大技術利器組成的“超級鉆地軍團”，它們?nèi)缤苓\轉(zhuǎn)的工業(yè)心臟，支撐著這場與地球深部的對話。
深地利器
全球首臺12000米特深井自動化鉆機
82米鋼鐵巨塔，相當于24層樓的高度。這臺全球首臺12000米特深井自動化鉆機，搭載著國內(nèi)功率最大的6000馬力鉆井絞車，900噸提升系統(tǒng)可輕松吊起兩列動車組，其智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)了鉆井作業(yè)全流程自動化。
中國石油寶雞石油機械高級工程師 李亞輝：我們自主研發(fā)的超大負荷提升系統(tǒng)，輕松滿足特深井鉆探的超深、超重挑戰(zhàn)。同時，我們還自主研發(fā)了鉆機智能控制系統(tǒng)、配備了全套自動化井口操作設備等先進裝備，實現(xiàn)了鉆井作業(yè)的自動化、智能化。
這臺鉆機配備的管柱自動化處理系統(tǒng)，通過機械臂與智能算法的協(xié)同，實現(xiàn)從鉆桿提升到下鉆的無縫銜接。其搭載的隨鉆監(jiān)測系統(tǒng)，如同安裝在地下萬米的“電子眼”，實時回傳井下溫度、壓力等48項關鍵參數(shù)，為決策系統(tǒng)提供精準數(shù)據(jù)支撐。
中國工程院院士 孫金聲：攻克了900噸頂驅(qū)、70MPa超高壓鉆井液循環(huán)系統(tǒng)等核心部件的“卡脖子”難題，推動鉆機提升能力和鉆井液泵送能力等取得重大跨越，實現(xiàn)了高端鉆機設計與制造全過程自主可控。
入地尖兵
超高溫高壓鉆探裝備集群
鉆探超萬米深井，面臨超高溫、超高壓、超重載荷、頻繁起下鉆等嚴苛復雜的作業(yè)工況，技術人員除了研發(fā)12000米特深井自動化鉆機，在鉆頭、鉆桿、測井儀組成的“入地尖兵”集群，正在創(chuàng)造新的技術奇跡。
鉆頭不到，油氣不冒，入地萬米鉆頭首當其沖。為在地下萬米取出巖芯，我國自主研制了高強度取芯鉆頭，順利取出了連續(xù)巖芯。
中國石油塔里木油田企業(yè)首席專家 王春生：這種鉆頭是取芯鉆頭，中間是空的，我們?nèi)〉男揪褪峭ㄟ^這個來取的。中間是空的，周邊破巖，中間巖石是個巖柱子，順著這個孔就進去了。
鉆到地下10910米，需要鉆穿塔里木盆地12套地層。地層巖石性質(zhì)變化很快，有的地層像橡皮糖很軟，有的地層則像水果糖很硬很脆，需要不同類型的鉆頭去鉆探。
深地塔科1井鉆頭廠商負責人 賈?。?/strong>我們在鉆進萬米深井中用到的金剛石鉆頭，其核心材料金剛石復合片是在1500℃的高溫以及80000個大氣壓的極端條件下制造而成，這種壓強相當于8頭重達10噸的大象同時站在一個指甲蓋大小的面積上所產(chǎn)生的壓力。在經(jīng)歷技術引進和研發(fā)升級后，目前已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化。
除了高溫高壓，萬米深層還有巖石劇烈擠壓，為此，我國專門設計制造了兩種世界上強度級別最高的高抗擠毀氣密封套管。
寶鋼股份鋼管條鋼事業(yè)部產(chǎn)品設計技術首席工程師 盧小慶：專門設計開發(fā)了目前世界上鋼級最高的BG155V套管鋼級材料。它的強度級別大于1068MPa、沖擊韌性大于100J，而且在220℃高溫環(huán)境下可保持鋼級級別不降低。抗擠毀能力分別達到159MPa和169MPa，均高于ISO國際標準規(guī)定的最高鋼級套管24%以上。
此外，全球首套萬米超高溫測井儀在240℃環(huán)境中連續(xù)工作72小時，獲取完整地層數(shù)據(jù)。移動式巖樣成像系統(tǒng)則為巖芯進行現(xiàn)場CT掃描，實現(xiàn)油氣顯示“零時差”發(fā)現(xiàn)。
“血液”支撐
國產(chǎn)鉆井液助力超萬米鉆井
鉆井液被喻為鉆井的“血液”，在超萬米科探井鉆進過程中，遭遇嚴重井漏和嚴重坍塌等極其復雜的工況，依托我國自主研發(fā)的超高溫水基鉆井液體系，成功完成了鉆井任務。
大家看到的流動的液體就是鉆井液，它具有攜帶巖屑、平衡地層壓力、冷卻鉆頭等多種功能。這口井鉆探到萬米之下，鉆井液體系也經(jīng)受了前所未有的考驗。
中國石油塔里木油田鉆井液企業(yè)高級專家 尹達：打到10289米，瞬間1800米的泥漿沒了，很大的漏速，當時起鉆非常困難。因為巖屑往下掉，臨時組織的500多方泥漿調(diào)配出來，到了凌晨3點多，終于起到安全井段了，把漏給整住了，可以實現(xiàn)鉆進了。
在這次復雜情況成功處理后，僅僅向下安全鉆進了99米，再次遭遇嚴重井漏的情況，鉆井液向地層快速流失。技術人員通過緊急改良鉆井液配方，成功堵住了導致鉆井液流失的縫隙和洞穴。
中國石油塔里木油田鉆井液企業(yè)高級專家 尹達：泥漿做了上千套試驗，優(yōu)化上百種材料，可以說這套聚合物體系在全世界范圍打得最深的一口井，有利于全國的泥漿技術進步。
經(jīng)過技術人員反復創(chuàng)新改良，鉆井液成功經(jīng)受了井底220℃超高溫和150MPa超高壓嚴峻考驗，最終克服了惡性井漏、嚴重坍塌、高溫腐蝕等一系列技術難題，保障超萬米科探井的安全完鉆。此前，塔里木油田依托自主研發(fā)的深井鉆井液技術體系，支撐了190多口超8000米的超深井的完成鉆井作業(yè)任務。
科技利器
助推我國深地鉆探迭代升級
依靠這些科技利器，工程技術人員成功克服鉆具斷裂、井漏、地層坍塌等重大工程風險，形成了7大類21項成果，培育了自主可控的萬米關鍵核心技術體系，助推我國深地鉆探系列關鍵裝備、工具、材料迭代升級。
中國石油塔里木油田企業(yè)首席專家 王春生：我們國家從基礎材料研究，基礎理論研究，裝備制造，加工工藝，具備了進一步探索未知領域的能力，為保障國家能源安全提供保障又打下了一個非常好的基礎。
通過工程技術創(chuàng)新，我國首次在萬米以下獲取到完整的巖石樣本，首次在全球陸上發(fā)現(xiàn)了油氣資源，推動了地球深部科學研究邁入全新階段。
中國工程院院士 孫金聲：該井順利完鉆，代表著我國深地“井工程”全鏈條基礎理論和關鍵核心技術取得了跨越式提升，初步打造了具有自主知識產(chǎn)權的高端鉆完井裝備以及創(chuàng)新制造產(chǎn)業(yè)鏈。
挺進萬米深地，中國深地工程實現(xiàn)了從裝備跟隨到技術引領的跨越。這些自主創(chuàng)新的“金剛鉆”，正以毫米級的精度叩擊地球深部，為人類探索未知疆域書寫著新的篇章。
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