根据中新网乌鲁木齐站3月4日消息,当天,中国石油塔里木油田深地钻探塔科一井的垂直钻探深度超过10000米,成为世界上第二口、亚洲第一口垂直钻探深度超过10000米的超深钻探井。
据报道,塔科一号井位于新疆阿克苏地区沙雅县境内,是为中国石油在塔里木盆地实施的重大专项“深地工程”,该井在2023年5月30日开钻,承担着科学探索和油气资源勘查双重使命。那么,此次由中国石油开钻的塔科一号超深井,其技术上具备怎样的水平,将会给我国的地质科学、资源勘探带来怎样的发展呢?
超深钻探井
先说说超深井本身好了,以目前超深井的钻探方式来看,基本可以分为垂直井和水平井两种。
所谓的垂直井,就是在地面上垂直向下钻探,一直钻探到地壳深处,钻头一直保持在钻井投影点正下方的位置;而水平井,则一般是先垂直向下钻探,到了某一个深度之后则改为水平钻探,用于对钻井投影点下方一定扇形区域内的地质情况、资源储量进行勘察。二者相比,很明显垂直井的钻探难度要远远大于水平井。
以目前各主要地质强国的超深井钻探情况,最著名的当属1970年由苏联科学院牵头主持的科拉半岛超深钻孔项目。这是一个由一系列超深钻孔组成的、用于对地壳深处莫霍不连续面进行研究的科研项目,而不仅仅是众所周知的单一钻孔,这些钻孔分布在摩尔曼斯克附近、位于北极圈内的科拉半岛上,其中最为出名的当属代号为СГ3的钻孔。
正是这一钻孔在1983年突破了12000米的大关,最后10年则由于苏联经济形势恶化和政治不稳定,钻钻停停,最终在1992年苏联解体后,达到了12226米的最大垂直深度,这也是目前人类往地壳深处垂直钻探、所达到的最大深度。
最后,由于俄罗斯的国家实力相比苏联一落千丈,再也无力维持科拉半岛超深钻孔的存在,于是该项目被宣布放弃,12226米的超深井被封闭,整个试验现场现在一片狼藉,还引发了所谓的“苏联科学家钻探到了地狱”的都市传说,但事实上只是单纯因为俄罗斯没钱了而已。目前在科拉半岛上,只有当年的超深钻孔钻井大楼,还有被锈迹斑斑的螺栓封闭的井口,继续诉说着苏维埃的荣光。
当然,从单纯的钻探深度来看,科拉超深钻孔СГ3早都不是最深的钻孔了,我们前面提到,钻孔除了垂直钻,还有水平钻,也就是先垂直往下打到一定的深度,然后改为水平方向钻孔。很显然,水平方向钻孔,其技术难度是要小于垂直钻孔的,很多国家打的深井,如果单纯算钻杆深度而不是垂直深度,也早都突破了12000米大关。比如最典型的埃克森美孚石油公司,在萨哈林群岛附近就有多口钻井,突破了12000米钻杆深度大关。
2022年,由中国东方电气公司制造的、由阿联酋阿布扎比国家石油公司运行的3000HP人工岛式钻井机,在阿布扎比附近的Umm Al Anbar人工岛完成了长度高达15240米的钻孔,是为钻杆长度的世界纪录。但是,这些深井的长度,都是包括了垂直深度和水平深度的,且大多数钻井的垂直深度只有1000-2000米,绝大多数深度都是水平方向的深度,这很明显就有点含金量不足了。
所以,从超深钻探垂直深度来计算,苏联在科拉半岛上钻的那个12226米深的超深井,是人类目前在垂直面上所能达到的、最深的地壳深度。而紧随其后的,就是这次中国石油在新疆的塔科一号钻出来的超深井,垂直面突破了10000米,这是人类历史上第二座在垂直深度上突破10000米的地壳钻井,其含金量可想而知。
中国超深井的效率
而从钻探进度来看,甚至可以说中国的塔科一号超深井,钻探效率远远超过了苏联科拉半岛СГ3钻孔。
苏联在科拉半岛上的钻孔从1970年开始,足足钻了13年,钻到了1983年才突破了12000米,最后226米则又花了10年时间,前前后后足足钻了23年,达到了12226米深度。而中国的塔科一号超深井,设计钻探时间仅有457天,设计钻探深度11100米,达到9000米深度大概是2月13日左右,钻通剩下的1000米甚至只花了不到一个月,这个钻探速度真的是极其惊人。
毕竟,以苏联科拉半岛超深孔的钻探情况看,在钻探到8000米以下深度后,需要连接的钻杆数量已经达到上千根,一旦钻杆强度不够,或者连接处强度不够,要么位于头部的钻杆在地壳深度巨大的压力下像面条一样熔化,要么钻杆本身出现挠性变形,变成一条弯弯曲曲的蛇,要确保这上千根钻杆可以同轴同步开钻,可想而知钻杆质量要多高,耐高温、耐高压、高强度,对于金属冶炼、材料学等多学科的要求都极高。
同时,别忘了钻杆在钻探时,除了需要一个钻杆往下钻,还需要为钻杆准备相应的传感器、取样设备等,以接收地底传来的信号。也就是说,除了钻杆需要承受地底的高压、高温,连传感器也要具备在这种极端环境下作业的能力。而这些对于中国的塔科一号来说,问题都不存在,而且钻探速度极快,从9000米到10000米几乎就钻了20来天,以一天50米的速度推进,这里就可以看出我国超深钻探的功力了。
超深井的作用
既然我国的超深钻探已经达到了仅次于苏联科拉半岛超深井СГ3钻孔的垂直深度,而钻探速度甚至比科拉半岛超深井还要快。那么,塔科一号超深井可能会起到怎样的作用,就是在钻到这么深的深度后,我们最关心的问题了。
从技术和资源角度来说,据称此次塔科一号钻井区域,位于塔里木盆地超大型油气富集区,这一油气富集区域的原油可采储量据说高达10亿吨以上,也就是单一油井就有70亿桶石油,对于改善我国油气资源不足的情况意义重大。
但是,塔里木盆地这一油气富集区,原油普遍储藏非常深,在8000米以深的深度,因此中国石油塔科一号附近的油井,几乎都是在超深井深度上。如今,我们打出一口10000米的超深井,对我国进一步勘探塔里木盆地油气富集区的地壳深度油气资源,提高我国原油可采储量,改善我国油气资源相对不足的客观状况,具有非同寻常的战略意义。
此外,在地球深处,还有其它矿产资源存在。比如地壳本身就是由硅铝层和硅镁层两个圈层组成的,硅铝层位于上层,硅镁层位于地壳下层,还有其它一些因为沉积作用被带到地壳下层的矿产资源,都必须通过超深钻探来探查具体的资源储量,研究未来可能的开采方案等。同时,地壳深处的地热能也可以用来发电,因此,除了勘探油气资源,这也是超深井钻探的重要意义。
而从单纯的地质科学的角度来说,大伊万觉得,你们难道真的就不想到地层的最深处去看一看吗,地球到地心深度6378千米,我们所处的岩石圈、也就是地壳圈层的厚度平均只有20到30千米,部分区域的厚度不到10千米。在地壳之下,则是在大刘的小说中被不断提到的莫霍不连续面,莫霍不连续面其下则是岩石性质发生突然改变的地幔上层,随后则是可能导致部分岩石发生熔融的软流层,地幔的厚度高达2800余千米,其下则是充斥着铁镍熔岩流的地核外核,以及在巨大的压力和温度下,铁镍重新相变成为固态超基性岩的地球核心。
相关描述在刘慈欣的《地球大炮》里,不知道被提过多少次,身为地球智慧生物的我们,已经可以在数百千米高度的太空遨游,可以登陆距离地球38.4万千米的地球卫星,却无法一窥地层深处的奥秘。目前,无论是苏联的科拉半岛超深井,还是中国的塔科一号超深井,钻探深度甚至只能说刚刚摸到了莫霍不连续面的边,很有可能距离地幔还相差甚远。