進(jìn)軍“深地” 尋求技術(shù)突破是關(guān)鍵

7月20日上午，四川盆地第一口萬米深井——“深地川科1井”，在四川廣元市劍閣縣開鉆，設(shè)計(jì)井深10520米。這是繼我國今年5月30日在新疆塔里木盆地“深地塔科1井”后開鉆的第二口萬米深井?！吧畹厮?井”設(shè)計(jì)深度為1.11萬米，奏響了我國開啟“萬米深井”時代的序幕。鉆井完工周期為457天，這將創(chuàng)造全球萬米深井鉆探用時最短紀(jì)錄。
近年來，我國不斷向地球深部進(jìn)軍，多次刷新“深地”開發(fā)紀(jì)錄，可謂捷報頻傳。5月1日上午，中國石化公司部署在塔克拉瑪干沙漠邊緣的“深地一號”特深油氣井——“躍進(jìn)3—3XC油氣井”開鉆。該井預(yù)計(jì)鉆深9472米，比珠穆朗瑪峰的高度還要多620米，將刷新亞洲最深油氣井紀(jì)錄。5月2日上午，鉆探完畢的另外一口位于塔克拉瑪干沙漠腹地、深度8591米的順北10斜井“深地一號”超深井，開井測試獲高產(chǎn)油氣流。
塔里木盆地是我國最大的內(nèi)陸含油氣盆地，在它的中心地帶塔克拉瑪干沙漠，深度超過8000米的鉆井目前有120口，6000米以上的深井有1700多口，占全國超深井?dāng)?shù)量80%以上，生產(chǎn)的油氣產(chǎn)量占比超過52%。這些井都有一個共同任務(wù)，就是把埋藏在沙漠下數(shù)千米的油氣“請”出來。這項(xiàng)任務(wù)也被稱為“深地工程”。2022年8月，中國石化塔里木油田在塔里木盆地開始實(shí)施“深地工程”鉆探，這是我國地球深部探測領(lǐng)域的重大工程。
上天、入地、下海、登極是人類認(rèn)識和探索自然的四大壯舉?！吧畹亍本烤褂泻挝?？因?yàn)樗鼭摬刂厍蜻@顆藍(lán)色星球的無窮奧秘，以及人類對未知領(lǐng)域的強(qiáng)烈好奇。開展深地探測、創(chuàng)新深地科學(xué)理論、發(fā)展深地探測技術(shù)、解釋地球深部奧秘，成為解決人類面臨能源資源和生存空間基本問題的重要路徑。因此，向“深地”進(jìn)軍是地球科學(xué)發(fā)展的必然趨勢，通過深地鉆探就是窺探這些奧秘的主要手段。
按照國際通常標(biāo)準(zhǔn)，鉆深4500米—6000米的井為深井，6000米—9000米的井為超深井，超過9000米的井為特深井。目前世界上已打出3口超過萬米的特深井。
我國“深空”已實(shí)現(xiàn)航天器登月，“深?！币延休d人潛水器抵達(dá)海洋最深處，登極也早已實(shí)現(xiàn)，而“深地”探索至今仍未突破萬米。向極限超越，鉆探萬米特深井是實(shí)現(xiàn)我國高水平科技自立自強(qiáng)的必然要求。
“富煤貧油少氣”是我國能源發(fā)展面臨的現(xiàn)狀。在新能源大規(guī)模應(yīng)用之前，化石能源仍是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要資源，而我國83%的深地油氣仍有待探明開發(fā)，向深地進(jìn)軍就成為保障國家能源安全的必然選擇。
作為入地的重要手段之一，深地鉆井被視為深入地球內(nèi)部的“望遠(yuǎn)鏡”。已知地球平均半徑為6371公里，但人類深地鉆井垂直深度僅有12.262公里，這意味著人類花費(fèi)300年時間向地心掘進(jìn)還不到0.2%，如果將地球比作雞蛋，那么現(xiàn)在連蛋殼都沒鉆破，所以向深地進(jìn)軍難度絲毫不亞于上青天。
那么，進(jìn)軍深地難在哪兒？首先面臨的難題就是高溫和高壓。隨著鉆井深度持續(xù)增加，地層的溫度和壓力都將逐漸升高，到達(dá)萬米地層200℃以上的高溫能讓金屬鉆具如面條般柔軟，而近1300倍的大氣壓，甚至超過10萬個大氣壓的高壓環(huán)境也對工具裝備、工程材料等帶來前所未有的考驗(yàn)。與此同時，井筒內(nèi)上千節(jié)相連的鉆桿在給鉆頭傳輸動力時，六七百噸的自重也將給鉆機(jī)帶來極大負(fù)荷。鉆井本身也會遇到易漏、易垮、易卡等多道“鬼門關(guān)”。
在塔里木盆地和四川盆地，我國大多數(shù)深地鉆探更是難上加難。今年已開鉆的塔里木和四川盆地特深井，對標(biāo)全球13項(xiàng)工程難度指標(biāo)，其中高溫高壓、高含硫等7項(xiàng)位居世界第一。
因此，在進(jìn)軍深地過程中尋求技術(shù)突破是關(guān)鍵，鉆探深度越大就越需要更加高超的技術(shù)。近年來，中國石化自主研發(fā)的旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)達(dá)國際先進(jìn)水平，自主研發(fā)的高溫高壓測井儀器打破國外技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)了從“打不成”到“打得準(zhǔn)”“打得快”的跨越。這一切，讓我國大陸科學(xué)鉆探已躋身世界深部地學(xué)研究前列。
（作者系湖南省科普作家協(xié)會會員）