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(jìn)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。
8月,當(dāng)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(diǎn)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(jìn)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(jì)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(dāng)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。”一首順口溜道出了這里環(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(diǎn)——
從20世紀(jì)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(jì)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(jìn)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(jìn)入新世紀(jì),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(yùn),2008年油氣當(dāng)量產(chǎn)量突破2000萬噸。
向超深層進(jìn)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(diǎn)。隨著中淺層油氣資源進(jìn)入開發(fā)中后期,以及地質(zhì)理論、工程技術(shù)的不斷進(jìn)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(jìn)軍超深層!興起于20世紀(jì)80年代的全球超深油氣勘探,在21世紀(jì)初進(jìn)入快速發(fā)展階段,因?yàn)橹袦\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(rèn)為,隨著對地下認(rèn)識的不斷深化,“深層儲層很差”的想法已經(jīng)過時。
事實(shí)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)耐队茫瑤硭锬居吞锾烊粴馐聵I(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(fèi)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(dāng)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?!彼锬居吞锲髽I(yè)專家楊文靜說。
20世紀(jì)90年代初從同濟(jì)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(fēng)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(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。
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(yàn)的顛覆性認(rèn)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(shí)踐中摸索創(chuàng)新?!睏钗撵o說。
圈閉,是指在地下聚集和保存油氣的場所,是勘探人魂?duì)繅衾@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(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍,發(fā)現(xiàn)和落實(shí)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(rèn)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(dāng)時“6000米是油氣死亡線”的傳統(tǒng)認(rèn)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(jìn)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(biāo)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(tuán)隊(duì),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(shí)驗(yàn),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(shí)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(dāng)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(dāng)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(yàn)教訓(xùn),一項(xiàng)一項(xiàng)進(jìn)行系統(tǒng)分析。
一個月后,他們又成立了精細(xì)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(xì)立體解釋了3萬多平方公里地震資料,化驗(yàn)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(diǎn)。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(shí)8000米以深仍存在優(yōu)質(zhì)儲層,堅(jiān)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(shí)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(xiàng)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(dá)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(fēng)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(kuò)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(yuǎn)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)。”
理論上可行不代表生產(chǎn)實(shí)踐中能一路暢通。深井技術(shù),是“全球少有、國內(nèi)獨(dú)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(shí)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(dān)驚受怕了?!?/p>
賈應(yīng)林太懂他了,老領(lǐng)導(dǎo)的責(zé)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(jī)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(jìn)的是垂直鉆井技術(shù),結(jié)果水土不服,問題層出不窮。”賈應(yīng)林說,井打不直,深層鉆井周期長,套管磨損嚴(yán)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(zhǔn)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(jiān)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(dá)5000米,中層軟得像橡皮糖的復(fù)合鹽膏層最厚達(dá)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(jiān)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(jìn)行了多項(xiàng)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(qiáng)度的非標(biāo)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(shí)現(xiàn)了重大勘探發(fā)現(xiàn)。
2020年1月,位于輪南的風(fēng)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(dāng)于在地下打出了一座“珠穆朗瑪峰”,當(dāng)時創(chuàng)造了亞洲陸上最深井、最深出油氣井等七項(xiàng)紀(jì)錄。
這同時證實(shí)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(shí)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(shí)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(jī)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(jī);與寶雞鋼管“牽手”,研發(fā)出“超級13鉻油管”,以其更強(qiáng)性能和更低成本,在同區(qū)塊和進(jìn)口油管的“擂臺賽”上大獲全勝。
目前,300多項(xiàng)重要油氣生產(chǎn)設(shè)備實(shí)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(dá)9年的技術(shù)壟斷……一批“石油重器”填補(bǔ)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(shí)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(shí)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(jìn),這一深度將超越“地下珠穆朗瑪峰”。