隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,石油等主要能源的需求逐年遞增,全球能源逐年短缺,油氣田的采掘也逐步向深層發(fā)展,促使深井、超深井的鉆探技術(shù)不斷發(fā)展。一般來說,4500m到6000m的井深為深井,6000-9000m為超深井,超過9000m為特深井。從4500m深井到6000m超深井的鉆井實(shí)踐,人類經(jīng)歷了約11年時(shí)間(從1938年到1949年),從6000m超深井到9000m特深井實(shí)踐經(jīng)歷了23年時(shí)間(從1949年到1972年),從9000m特深井到12000m特超深井人類實(shí)踐經(jīng)歷了約12年的時(shí)間(從1972年到1983年)。
經(jīng)過漫長歲月,目前世界上鉆深井、超深井的國家有80多個(gè),其中,美國、前蘇聯(lián)、德國的超深井鉆井技術(shù)裝備和綜合技術(shù)水平處于國際領(lǐng)先地位。人類如今可以離開地球,建立空間站,踏上月球,向上探索幾十萬公里遠(yuǎn)的地方,而向下的探索又進(jìn)行到哪一步了呢?讓我們一起看看這些不斷“突破極限”的超深井!
地下3-20km簡單示意圖
7002井:中國第一口超深井——6011m
歌曲《我為祖國獻(xiàn)石油》響徹大江南北,歌詞中“嘉陵江邊迎朝陽”、“天不怕,地不怕”,反映了四川石油大會(huì)戰(zhàn)的火熱場景。中國第一口超深井——7002井在武勝縣萬善鎮(zhèn)鉆探成功。7002井又叫女基井,它是研究地層、地震以及油氣資源的重要參照井,在我國石油鉆井史上具有里程碑意義。它于1971年開鉆,1976年停鉆,井深6011米。7002井鉆探成功,創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)國內(nèi)“三個(gè)第一”——第一口超深井;第一口采用美國邊際負(fù)荷法設(shè)計(jì)套管柱的井;第一口成功利用靜止高溫高壓凝結(jié)試驗(yàn)方法進(jìn)行固井的井。這口原計(jì)劃打到7002米并以此命名的深井,因?yàn)槠?011米以下都是巖漿巖,并不儲(chǔ)存石油,所以就決定不再鉆探了。雖然不再產(chǎn)油,通過這6011米的井深,人們了解到四川盆地下有豐富的鹽鹵、黑鹵、黃鹵等資源,地礦部門還研究出四川有18個(gè)層位可以開采天然氣,每層位500米至1000米不等。7002井是特殊歷史時(shí)代的見證,是“超英、趕美、追蘇”口號(hào)下的直接產(chǎn)物,如今的7002井,仍矗立在旗井村,向世人展示著那段光輝而又不平凡的歷史。
參加7002井鉆探會(huì)戰(zhàn)的石油工人
中國第一口超7000米超深井“爭氣井”——7175m
新中國第一口超7000米超深井——關(guān)基井坐落在四川省綿陽市梓潼縣觀義鎮(zhèn)池塘村,三年探鉆7175米,使我國躍入當(dāng)時(shí)世界深井鉆探的先進(jìn)行列。上世紀(jì)七十年代,世界上能鉆7000米以上超深井的國家只有美國和蘇聯(lián)。鉆超深井需要多項(xiàng)科技的支撐,體現(xiàn)的是大國深度,每向下一米,都是在深層油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域的新挑戰(zhàn)!
毫無疑問,這是一口科研井,一邊鉆探一邊進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。也是一口“爭氣井”,為中國工人階級(jí)爭氣,為中國人民爭氣。這口深井是由當(dāng)時(shí)川西北礦區(qū)7001鉆井隊(duì)承鉆,1974年12月17日開鉆,1977年12月4日完鉆。鉆井隊(duì)先后戰(zhàn)勝高溫、高壓、鹽水層、石膏層、垮塌層等一系列技術(shù)難關(guān)。取得了川西北地區(qū)白堊系-二疊系完整可靠的地質(zhì)剖面,開展了7項(xiàng)錄井,取得了33項(xiàng)資料,334514個(gè)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)了32個(gè)油、氣、水顯示和氣測異常段,為川西北地區(qū)石油勘探打開了新局面,為研究川西北-川中過渡帶的石油地質(zhì)情況提供了“一手”資料。
中國第一口超7000米超深井——關(guān)基井
中國輪探1井——8882m
我國目前最深的井是位于塔里木盆地的輪探1井,井深8882米,刷新了亞洲陸上第一深井紀(jì)錄(于2018年6月28日開鉆),實(shí)現(xiàn)了鉆探“地下珠峰”的夢想,更標(biāo)志著塔里木盆地超深層勘探取得重大突破,為高效勘探開發(fā)我國超深層油氣、保障國家能源安全作出重要貢獻(xiàn)。塔里木盆地被認(rèn)為是世界油氣勘探難度最大的地區(qū)之一,目前在我國西部邊陲已建成3000萬噸大油氣田和300億方大氣區(qū)。4年間油氣產(chǎn)量凈增644萬噸,相當(dāng)于每年新增一個(gè)百萬噸級(jí)大中型油氣田。累計(jì)向西氣東輸供氣超3000億方,折合減少二氧化碳排放5億噸。塔里木油田不斷挑戰(zhàn)深地極限,2022年5月19日,設(shè)計(jì)斜深達(dá)9186米的塔里木油田滿深10井鳴笛開鉆,鉆井深度將超越輪探1井。滿深10井位于塔里木盆地北部的新疆沙雅縣境內(nèi)。這里地質(zhì)構(gòu)造異常復(fù)雜,是世界級(jí)勘探“禁區(qū)”。這口井的鉆探目的是進(jìn)一步探索富滿油田的奧陶系儲(chǔ)層的發(fā)育情況、含油氣性與流體性質(zhì),以實(shí)現(xiàn)該斷裂帶的勘探發(fā)現(xiàn)。
向地球深部進(jìn)軍
石油工人在作業(yè)
德國KTB深井——9100m
大陸超深鉆曾是冷戰(zhàn)時(shí)期地學(xué)領(lǐng)域最有代表性的一項(xiàng)工程。德國是繼蘇聯(lián)之后第二個(gè)設(shè)計(jì)和實(shí)施以科學(xué)研究為目標(biāo)的大陸超深鉆的國家。在1981年“聯(lián)邦德國大陸超深鉆計(jì)劃”研究報(bào)告發(fā)表后,1986年在巴伐利亞州東北部的上普法爾茨地區(qū)(德語:Pfalz)選定了超深鉆井位,并于1987-1989年先在距主孔200m處打了一口4km深的試驗(yàn)井。1990年,德國大陸深層鉆探計(jì)劃(KTB)在巴伐利亞州啟動(dòng),主研究孔正式開鉆,已于1994年11月終孔,終孔孔深9.1km,它是世界第一口使用自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)(VDS)的井,并且建立了世界最先進(jìn)的深井長期觀測系統(tǒng)。
美國巴登-1井——9159m
美國自上個(gè)世紀(jì)70年代以來,幾乎每年要鉆四百多個(gè)4500m以上的深井。隨著鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展,鉆井速度也不斷加快。據(jù)對美國和加拿大1049口井的統(tǒng)計(jì),4500米以上的深井,美國平均鉆井時(shí)間為75~200天,加拿大為190天。且在超深井鉆井技術(shù)領(lǐng)域美國依然處于世界領(lǐng)先水平,早在1972年,美國就完成了世界第一口特超深井巴登-1井,井深9159米。
科拉超深井——12262m
一片搖搖欲墜的建筑物,一個(gè)沉重生銹的井蓋,一圈牢牢釘著的螺栓,在俄羅斯科拉半島(The Kola Peninsula ),這個(gè)臨近挪威國界的荒原之中,仿佛封印了什么不為人知的秘密。
科拉超深鉆口位置
沒錯(cuò),它就是震驚了上個(gè)世紀(jì)的科拉超深鉆孔,是蘇聯(lián)在科拉半島 (Kola Peninsula)設(shè)立的科學(xué)鉆探項(xiàng)目。于1970年紀(jì)念列寧誕辰100周年時(shí)開鉆,與登月任務(wù)一樣,超深鉆探所需的技術(shù)必須從頭開始摸索。由此大國之間也悄然展開了一場地球鉆探的競賽,在冷戰(zhàn)期間,美國和蘇聯(lián)都制定了雄心勃勃的鉆探計(jì)劃,試圖穿過地殼,接近地球中心。
工人們正在鉆機(jī)旁工作
位于北極圈深處的科拉半島上,拉開了鉆探工作的序幕。第一階段的鉆探,設(shè)計(jì)鉆探5000米,實(shí)際已達(dá)到了7263米。這也使之成為設(shè)備達(dá)到的最深紀(jì)錄,也讓科拉超深鉆孔一舉成為了當(dāng)時(shí)歐洲最深的鉆孔。第二階段鉆探,科拉超深井就打破了之前由美國俄克拉荷馬州伯沙羅杰斯(Bertha Rogers)超深井保持的9583米的記錄,正式成為當(dāng)時(shí)(1979年)世界上最深的超深井。鉆探工作一路高歌猛進(jìn)。1983年,該井達(dá)到了12000米,超越了世界上最深的馬里亞納海溝。1989年,科拉超深鉆孔首次達(dá)到了它的最大井深——12262米。鉆探工作在1992年停止。雖然停鉆了,但此后針對科拉超深井的資料和數(shù)據(jù)研究仍持續(xù)了數(shù)年,直到2006年資金耗盡。2008年,該地址被廢棄,科拉超深鉆孔被牢牢封嚴(yán),一代傳奇終于落幕。
工人們正在鉆機(jī)旁工作
一般來說,地殼厚度為5-70千米:大洋地殼的厚度較小,一般5-10km,平均7-8km;大陸地殼厚度大,平均35km;青藏高原最厚,可達(dá)60-70km;沿海平原最薄,最薄處約20km。所以即使按最薄的陸殼算,科拉超深鉆孔也才剛剛鉆透一半,更別提那些比較厚的地方了。而按照地球的平均半徑6371千米來計(jì)算,科拉超深鉆孔也只鉆到了0.2%的位置,實(shí)在是太微不足道了。
地球的內(nèi)部構(gòu)造
1:大陸地殼;2:海洋地殼;3:上地幔;4:下地幔;
5:外核;6:內(nèi)核;A:莫霍面;B:古登堡面;C:萊曼面
雖然科拉超深鉆孔的直徑不大,卻幫助我們窺探到了豐富多彩的地下世界,也首次提供了以前無法到達(dá)的深度的有關(guān)古老大陸地殼成分和構(gòu)造的直接資料。
事實(shí)上,到了今天,科拉超深鉆孔的井深紀(jì)錄已經(jīng)被一些“后起之秀”給打破了。2008年,卡塔爾的阿肖辛油井達(dá)到了12289米;2011年,俄羅斯在庫頁島的Odoptu OP-11油井達(dá)到了12345米;2012年,??松梨谑凸镜腪-44 Chayvo油井達(dá)到了12376米;2017年,??松梨谑凸镜摹笆澜缰睢便@井達(dá)到了15000米。但由于這三口井為斜井(指在鉆井工程中,具有傾斜角度的井),所以以垂深計(jì)算,科拉超深鉆孔仍是世界上最深的井,也是世界上最純粹以科研為目的鉆探井。
阿肖辛油井——12289m
位于中東地區(qū)的卡塔爾阿肖辛油井(Ashokine),其井深達(dá)到了12289米,是2008年的時(shí)候在卡塔爾地區(qū)所鉆出的,其紀(jì)錄在2011年的時(shí)候被位于俄羅斯地區(qū)的Odoptu OP-11油井12345米所打破,因此淪落為世界第二深的鉆井。
深井鉆機(jī)
Odoptu OP-11油井——12345m
隨著全球超深井技術(shù)的不斷突破,埋深超過萬米的油氣田不斷發(fā)現(xiàn)。不僅帶來巨大的經(jīng)濟(jì)回報(bào),而且對地下深部的科學(xué)研究提供了可能性。位于俄羅斯庫頁島上的Odoptu OP-11油井,其井深達(dá)到了12345米。一舉打破卡塔爾的阿肖辛鉆井所保持的12289米記錄,憑此紀(jì)錄坐上了當(dāng)年(2011年)“世界第一油井”的寶座。但是該鉆井絕大部分為水平段,其垂深僅為1784米。
薩哈林Z-44號(hào)油井——12376m
2012年,Z-44 Chayvo油井創(chuàng)下了井深12376m的最新記錄,比世界最高峰珠穆朗瑪峰還高出3000多米。??松吞烊粴夤景l(fā)布了下面這張圖告訴我們,世界上的地下油田有多深,井深達(dá)到40000多英尺,幾乎相當(dāng)于15座全球最高摩天大樓Burj Khalifas的高度,也等于世界記錄的熱氣球飛行高度的2倍(1英尺=0.3048 米)。
深度示意圖
“世界之最”鉆井——15000m
隨著石油需求的增長以及技術(shù)的不斷發(fā)展,自上世紀(jì)50年代末,越來越多的企業(yè)開始鉆探更深的油氣井,石油鉆井的深度也不斷刷新記錄。目前,世界上最深的油井屬于??松吞烊粴夤荆‥xxon Neftegas Ltd ),于2017年11月在庫頁島薩哈林-1號(hào)項(xiàng)目實(shí)施的鄂霍次克海Chaivo油田Orlan平臺(tái)所完成的“世界之最”鉆井,井深達(dá)15000m。
薩哈林-1號(hào)項(xiàng)目可謂“超深井專業(yè)戶”。自2003年薩哈林-1鉆井項(xiàng)目開始鉆井以來,已創(chuàng)造了多項(xiàng)世界超深井紀(jì)錄。在其眾多超深井世界紀(jì)錄的背后,更是巨大的回報(bào)。薩哈林-1號(hào)項(xiàng)目目前共包含Chayvo、Odoptu和Arkutun-Dagi三個(gè)油田,高達(dá)23億桶石油和4.84×1011m3的天然氣。
主要參考文獻(xiàn):
“
[1]И.А.Серенко,張文佑.美國超深井鉆進(jìn)概況[J].國外地質(zhì)勘探技術(shù),1979(01):13-18.
[2]馬家驥.美國超深井鉆井設(shè)備及其特點(diǎn)的介紹[J].石油鉆采機(jī)械,1979(01):63-75.
[3]美國鉆超深井技術(shù)水平[J].天然氣工業(yè),1982(04):79.
[4]韓吟文.德國大陸超深鉆概況[J].地質(zhì)科技情報(bào),1995(02):111-112.
[5] V.I.卡贊斯基.科拉超深鉆:期望與結(jié)果[J].長春地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào),1996(04):9-11.
[6]張紹槐.深井、超深井和復(fù)雜結(jié)構(gòu)井垂直鉆井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2005(05):14-18.
[7]劉念.人類“地心之旅”[J].科學(xué)新聞,2012(01):53.
[8]仇亞治.深井超深井鉆井技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].化工管理,2015(12):70.
[9]世界超深井簡介[J].中國地質(zhì),2019,46(03):672.