五一假期期间,中国石化部署在顺北油气田10号带的第一口探井,顺北10斜井测试获得高产油气流,日产气60万立方米,该井的突破证实了顺北10号断裂带富集油气,它也成为顺北油气田第50口垂直深度超过8000米的井。
与此同时,中国石化部署在塔里木盆地的“深地一号”跃进3-3XC井于5月1日正式开钻,该井设计井深9472米,比珠穆朗玛峰的高度还要多624米,将刷新亚洲最深井纪录。
其实,通常业内将4500米到6000米的井深定位为深井,6000米到9000米的井为超深井,超过9000米的井为特深井。
超深井钻探是当前油气工程技术瓶颈最多、挑战最大的领域,面临地质结构复杂、高温、高压、高含硫化氢等难题,曾经有专家断言8000米以深是油气勘探的禁区。
那么,咱们石油人到底是用了哪些“绝招”,才能把这些油气从地下近万米的深处采出来,为我们所用呢?
01、在断裂带上“找油”
在八千多米的地下,石油人究竟是怎样找到石油的?
其实,在五亿年前的寒武纪时期,塔里木盆地还被称作塔里木海。
亿万年的沧桑变化,让海洋中沉积的碳酸盐地层深埋在数千米的地下,慢慢形成了石油和天然气。
而塔里木盆地地质条件与世界其他盆地完全不同,地质构造复杂多样。
通常,大多数油气藏一般储存在比较单一的储集体里面,比较容易描述识别。
而塔里木盆地的油气则储藏在地下的走滑断裂带里,由一系列洞穴、孔洞、裂缝组成的一个大集合体中。
就像一排排巨大的苹果树,苹果树的树干是主干断裂带,不同级别的树枝是次级断裂和分支断裂,树上的苹果就是断裂破碎的空腔,形成大小不一的洞穴,树叶沿着裂缝发育的不同的溶蚀孔洞。
这棵大苹果树深深地扎进地层里,油气就像养分一样沿着树干往枝叶、苹果里充注,最后就形成了一棵富含油气的苹果树。
这样的石油开采起来并不容易,因为储集体的形态多种多样,如何有效开采出这样的石油是世界级的难题。
与此同时,走滑断裂带在空间上是多变的,顺北地区断裂带宽度从200米到3000米,长度从几千米到上百千米,纵向高度达到1600米到3000米左右,可以想象其复杂程度。
面对顺北极限地质条件,中国石化不断深化地质理论创新,率先突破了8000米超深层油气勘探“死亡线”,创新提出了“低地温、大埋深、高压力”条件下海相烃源岩抑制生烃模式、超深断控缝洞型储集体成储机制和油气成藏模式,形成超深层断控缝洞型油气成藏理论,丰富和发展了海相油气成藏理论。
与此同时,要想在“地下珠峰”找油,技术突破也至关重要,这犹如需要站在珠穆朗玛峰顶、看清雅鲁藏布江上的游船。
经过数年研究,中国石化创新形成超深层储层立体成像技术和缝洞体精细雕刻技术,相当于给地球深部做CT扫描,断裂识别精度从30米提高至15米。
该技术已经应用在顺北1.4万平方千米的地震资料处理中。目前应用这些技术已经成功部署上百口井,建成超两百万吨产能阵地。
02、从“地下珠峰”采油
对于石油行业来说,既要有“找得到”油的本事,也要有“拿得到”油的能力。
而塔里木盆地的油气藏除了“难找”之外,还普遍存在超深、超高温、超高压等勘探开发难题。
在塔里木盆地打井,钻井到达一定深度极限后,每向下一米,难度都面临着几何倍数增长。和地面施工不同,一深带万难。在塔里木地层深处勘探开发石油,难度不亚于“嫦娥”登月、“蛟龙”下海。
要想“拿到油”,就要通过钻井作业,在地面和地下油气藏之间,修一条能让油气流动的“高速公路”。
但是要修一条“万米之路”,并不容易。
目前有万米深钻能力的国家并不多,主要是中国、美国和俄罗斯。
塔里木盆地顺北油田作业区,当井打到9000米深时,井底温度约200℃,地层压力150兆帕以上。在世界上衡量钻井难度的13项指标中,塔里木盆地有7项名列第一。
9000米深需要连接1000多根钻杆,由于高温高压下钻杆就像“煮熟的面条”一样,操作起来很难控制。
同时,面对200℃左右的高温,一般设备和仪器内的电子元器件、橡胶件等就会损坏失效,钻头上的“导航”系统也会失效,难以准确到达目标位置。
对此,中国石化试过经过集智创新攻关,探索形成了一套跻身世界前列的复杂超深层井井身结构设计及配套技术,建立了系列的标准规范,实现了我国关键核心技术的突破,钻井周期从三年前的280天下降至最低的97天,中靶精度由60%提高至90%以上。
例如,刚刚开钻的跃进3-3XC井,地处塔里木河上游湿地自然保护区的红线之外,但开采的油气却来自保护区下方7200多米处的超深层。
中国石化西北油田创新运用超深大位移技术,就像站在两米开外喝豆浆,先将吸管插进杯子、再横向延伸,在地层下水平延伸3400米后获得丰富的油气资源。
同时,想要在“又深又黑”的地下,通过大位移水平井准确找到油气,还必须给钻头装上眼睛。
西北油田采用超深高温高效定向技术,利用高精度随钻测控系统将垂深7000米以下信号实时传输至地面,让钻头犹如长了眼睛,随时调整钻头行进轨迹,像“贪吃蛇”一样在7200米深的地下快速行进,实现了水平井由短距离到长距离、由长周期到短周期的跨越。
该井采用的新型电动钻机与普通钻机相比,载重提升能力由三四百吨提高到近七百吨,相当于同时吊起120头成年大象。
同时,配套了钻台机械手、铁钻工、液压猫道等多种自动化设备,在减轻工人劳动强度的同时,大幅提升了安全标准。
此外,为满足深层、超深层油气勘探开发需要,我国设备厂商集聚国内外创新资源开展联合攻关,对钻机、钻头、测量导向工具等进行了全面性能升级。
中国石化西北油田还创新研发了井眼清洁技术、井眼延伸技术、套管下入技术等钻井配套技术,形成了更适应油气生产需要的超深大位移钻井技术系列。
当前,中国石化创新集成硬地层高效破岩技术,实现百天钻穿“地下珠峰”目标;创新研发了微纳米封堵与化学胶结固壁协同防塌技术,构建高等级的钻井液体系,能够把破碎地层粘结在一起,实现安全钻进;同时,中国石化自主研发了国内首套抗温200摄氏度、耐压207兆帕的高精度随钻测量仪器,成功打破国外技术垄断,做到了“指哪打哪”。
中国石化已经探索形成了一套具有顺北特色的8000米级复杂超深层井身结构设计及配套技术和标准规范,实现了从"打不成"到"打得快、打得准"的跨越,为"地下珠峰"的油气直达地面架起了高速通道。
而随着技术的进步,陆上深层、超深层油气资源也得到动用。
目前,“深地一号”油气井多项工程指标刷新亚洲纪录,已落实四个亿吨级油气区,累计油气产量当量已突破770万吨,成为近十年来塔里木盆地油气勘探的新亮点,标志着这一全球埋藏最深的油气田成功勘探开发。