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中国石油魏国齐:进军深地,超深层钻探显能力

2023-08-07 10:22:47 来源:中国能源报

记者专访中国石油勘探开发研究院首席技术专家魏国齐。

万米深地油气钻探是全球油气勘探领域的“超级工程”,钻井工程安全风险控制难度大,犹如大卡车在两根钢丝细绳上行驶。近日,肩负着科学探索与油气发现两大任务的中国石油深地塔科1井在新疆塔里木油田开钻。


(资料图片)

探索万米深井,如何解决难题和突破技术瓶颈?是否有自主研发的“利器”帮助我们持续向“下”探索?勘探开发深层油气资源又有哪些重要意义?记者就此专访了中国石油勘探开发研究院首席技术专家魏国齐,他为我们揭开了万米深井钻探的“冰山一角”。

肩负科学探索和油气发现任务

记者:为什么选择在塔里木盆地做万米深井的探索?

魏国齐:万米深地油气科探目标评价优选,是立足我国含油气盆地地质特征,按照地质条件有利、工程实施可行、资源规模有效、地震资料可靠的原则,逐级评价优选盆地、领域、区带和目标,确保万米科探井高质量部署实施。从油气地质条件来看,塔里木盆地万米深层发育大面积烃源岩、规模储集体和区域盖层,超深层勘探领域广,具备万米深井探索的地质基础;从工程实施来看,塔里木盆地地温梯度低,工程实施可行;从资源规模来看,塔里木盆地超深层碳酸盐岩多层系面积38万平方公里,资源量约93亿吨油当量,天然气资源量3.2万亿立方米,石油10亿吨,油气当量35亿吨,井点所在的圈闭面积和资源量都很大;从地震资料来看,万米深井探索目标落实可靠。

此外,塔里木盆地超深层探明油气储量当量19.7亿吨, 2022年油田超深层油气产量当量1806万吨,已建成我国最大超深油气生产基地,近三年完成8000米以深井19口,基本形成了9000米钻完井、试油改造、测井等工程配套技术,为万米钻探提供基础。

记者:作为万米深井领域的“开山之作”,我们的预期目标是什么?如果完成目标,意味着什么?

魏国齐:这项工程肩负着科学探索和油气发现两大任务。首先,深地塔科1井探索了万米深层地层岩石和流体物理化学特征等一系列科学问题;其次,深地塔科1井要推动地球物理、钻井装备、测试改造、工具仪器、井筒工作液等超深层工程技术装备迭代升级,实现高水平科技自立自强;第三,深地塔科1井力争在轮南-古城台缘带寒武系吾松格尔组、震旦系奇格布拉克组实现油气发现,形成盆地万米超深层油气重大战略接替新领域;第四,培养一支涵盖油气地质、地球物理、钻完井、储层改造、测试、测井等方面万米超深油气勘探开发的专业化技术队伍,占领全球深地探索人才高地。

深地塔科1井对获取宝贵万米深地基础地质资料,揭示震旦纪-寒武纪塔里木盆地古构造、古环境,探讨原特提斯洋演化对塔里木盆地形成演化具有重要意义,形成我国万米超深层成烃-成储-成藏油气地质理论,有力支撑我国万米超深层领域油气勘探开发。

向万米挺进,是一次检验新研制的国产钻机、耐高温高压装备工具、液体材料等钻完井工程技术、设备、材料的可靠性的机会。更有助于对突破万米深井钻完井关键核心技术难题,实现中国石油万米超深层工程技核心技术、关键材料和核心装备迭代升级,提升我国万米超深层钻井、技术服务保障能力和核心竞争力。

此举还有望形成1个万亿方大气区,开辟陆上万米超深层油气重大战略接替新领域,使我国成为全球陆上首个成功勘探开发万米超深层油气的国家。

面临石油地质和工程技术难题

记者:探索这样一口万米深井,需要面对哪些难题?

魏国齐:万米深地科探工程是一项极具挑战性的系统工程。实施深地塔科1井,面临一系列的石油地质难题和钻完井等工程技术问题。

首先,万米深钻揭示的地层热演化程度超过3.0%,远大于目前生烃机理认识的2.0%成熟阶段,热液流体比中浅层更加活跃。油气资源在多高地温环境下是否能生成和保存?高温高压生烃新模式如何?“超深层油气藏是否存在成藏极限,勘探深度是否存在下限”等,这些都是万米深地钻探必须面对的世界级地质难题。

其次,超深、超高温、超高压、复杂高地应力给万米超深井工程技术带来了物探、钻井、测井方面的难题,需要大吨位高精度可控震源、高灵敏度数字检波器获取高信噪比地震资料。

钻井方面,俗话说一深带万难,主要体现在三个方面。第一,对标全球13项工程难度指标系数,目前我们的万米井,高温高压、砾石厚度、盐层厚度与套数、盐水压力系数、高含硫等7项指标属世界级难题,其他指标的难度系数也名列前茅,钻完井综合难度全球罕见;第二,8000米以深地层信息不准,缺少精准的地层压力、岩石力学特性等关键数据;第三,在8000米以深的超深层寻找油气,好比站在珠穆朗玛峰顶,要看清雅鲁藏布江上的游船,难度可想而知。

测井方面,主要是测井仪器的抗超高温、超高压能力不足,油基钻井液条件下的成像测井难以实现,超高压射孔器材缺乏。现有测井仪器最高抗温200℃,万米井已经达到228℃。由于受到芯片、传感器等基础元器件材料抗温能力的限制,目前自主研发超高温测井仪器难度很大。

最后,万米井还会引发工程难题的叠加效应,如高温高压、复杂压力体系、盐层厚度与套数、复杂高地应力、有毒有害的硫化氢气体等多因素叠加,使得难度进一步增加,加上许多机理仍然不清,甚至会出现难度的突变。

记者:有哪些装备利器可以帮助我们在复杂的万米地下探索?

魏国齐:我们围绕万米超深层油气科学探索领域,加快推进油气资源勘探开发(陆上)原创技术策源地建设,安排部署了相关科技攻关项目,集中力量开展研究,在深层装备科技攻关方面取得重要进展,打造了一批“国之重器”。钻井方面,新研制12000米钻机,提升能力900吨,配套900吨的顶部驱动钻井装置、3000马力的钻井泵、自动化排管系统、非平面齿PDC钻头、175MPa井口装置等“利器”。预计明年6月,15000米智能钻机将出厂,超深井钻探能力将进一步提升。

记者:我们在理论和科技两方面有哪些创新,推动了探索井的实践?

魏国齐:近年来,依托国家和中国石油集团公司重大科技专项,在地质理论与工程技术两方面取得了重要创新,推动了探索井的实践。

中国石油突破了传统石油地质理论认识,初步形成了深层-超深层成烃-成储-成藏油气地质理论,奠定了万米深层油气资源基础,也为实施万米钻探提供了理论基础。

在科技方面,创新了一批超深井工程技术核心装备,为万米探索井打下了基础。

当前,塔里木盆地勘探开发全面进入超深层,建成我国最大超深油气生产基地,近三年超深井钻完井技术实现多项技术突破,创造一系列先进指标。

记者:若将勘探成果转变为实实在在的油气产量,我们还需要迈过哪些槛?

魏国齐:万米深地科探工程对我国来说,是开天辟地的重大工程,虽然前期对实施万米深地科探工程从理论、技术、装备做了充分的科技攻关准备,但新研制的12000米国产钻机、耐高温高压装备工具、液体材料等钻完井工程技术、设备、材料的可靠性还需实战检验。此外,万米超深层高温高压条件下,取芯工具、测井仪器将面临很大的考验。

对万米超深层领域来讲,勘探开发成本高,只有高产稳产才能成为现实的接替领域。当然,只要万米深井顺利打成,并能取到相关岩芯等资料,即使没有发现油气层,对认识塔里木盆地震旦纪-寒武纪重大转折期古构造古环境,解决万米超深层成盆、成烃、成储、成藏等重大科学问题,特别是实现万米超深层工程技术、核心装备的升级换代 ,打造我国原创技术策源地,同样意义重大。

深地、深水和深层领域大有可为

记者:未来,深层乃至超深层的油气资源能否成为我国油气资源的重要组成部分?探索深地对于降低我国油气对外依存度有何积极意义?

魏国齐:经过长期的勘探开发,我国主要含油气盆地中浅层油气勘探程度已很高,深层-超深层、非常规油气、深水领域将成为未来我国油气增储上产的重点领域,已成为业界共识,深层超深层油气将是我国未来油气增储建产发展的必然方向。

毫无疑问,探索深地将加快解放超深层规模油气储量,有利于为我国原油2亿吨保持长期稳产加快准备接替资源。据预测,至2030年深层超深层的石油和天然气产量占比分别达10%和40%以上,将有效缓解油气对外依存度,助力端牢我国能源饭碗,为稳定输送工业“血液”作出重大贡献。

记者:未来,在油气勘探领域,我们面临哪些机遇?还将面临怎样的挑战?

魏国齐:作为勘探工作者,要时刻不忘探索新领域、提出新理论、发展新技术、开辟新增储区。

从发展的眼光看,未来可大有作为的领域仍然广阔,包括超深层碎屑岩和基岩火山岩、超深层页岩油气、海域深水、低熟页岩油原位转化、煤炭地下气化、天然气水合物探等领域,这些领域一旦取得突破将带来重大发展机遇。我们需要客观分析这些领域面临的困难与挑战,理论上,深地、深水和深层非常规油气基础地质和成储、成烃、成藏及富集理论认识需要加快深化创新。技术上,深地勘探和深海油气工程、超高温超高压井下工具、地下原位加热转化、地下炼厂、智能化注采、海域天然气水合物试采、超深层弱信号高精度地震、超高温高压测井与远探测井等关键核心技术需要加快自立自强。经济上,这些领域的勘探开发操作难度大、成本较高,需要发挥“大国体制”优势,统筹资源、集中力量、久久为功,加大政策和财税支持力度,加快实现经济效益开发。环境上,这些新领域勘探开发过程中会对环境造成一定的影响,需要采取有效措施对环境进行保护,使资源开发与环境保护取得平衡,实现良性发展。

责任编辑:{ij7}

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