編者按:1938年,進軍深層美國鉆成世界上第一口深井,拓展深度4573米。進軍深層此后,拓展6000米、進軍深層7000米、拓展8000米、進軍深層9000米,拓展甚至1.24萬米……人類鉆入地層的進軍深層深度不斷被刷新。
近幾年,拓展我國油氣的進軍深層重大發現如塔里木庫車山前氣田群、川東北海相碳酸鹽巖氣田群等,拓展都處于深層。進軍深層隨著世界常規油氣資源開采不斷深入,拓展深層油氣或將成為石油勘探者更為關注的進軍深層重要目標。
進軍深層,勢不可擋。
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“深入地球內部的望遠鏡”。
作為深部地層開發的代表,塔里木油田已成功鉆探5000米以上的深井超深井1175口,平均井深5961米,鉆井深度和超深井數量均居國內陸上油田首位。
深層的意義在哪里?
2011年1月18日,塔里木油田克深7井完鉆,完井入地深度8023米。截至2013年4月20日,塔里木盆地已成功鉆探超過7000米的深井63口。
鉆井深度不斷被刷新,深層地質研究不斷有新發現。地質學家、石油工程師們快馬加鞭,向深層進軍。
深層為什么這么“熱”?
地下油氣資源在業界有淺層和深層之說。淺層,顧名思義就是埋藏較淺的油氣資源。遵循先易后難、循序漸進的原則,難度較小、成本較低的淺層資源,過去一直是各油田勘探開發的重點。近幾年,隨著淺層資源開發程度不斷提高,開發難度不斷增大,以及地質理論和工程技術的不斷進步,深層這個過去勘探開發的“冷區”已然成為新“熱區”,成為油氣開發新的增長點。
中國科學院院士賈承造表示,隨著對地下認識的不斷深化,“深層儲層很差”這樣的想法已經過時。事實證明,深層也有好儲層。地球化學理論研究也在不斷更新認識。過去認為,深層沒有油,都是氣。最新研究顯示,地下8000米仍發現油的存在。
塔里木是深層勘探開發的一個突破點。塔里木有幾千米厚度的陸相地層,下面有非常豐富的海相地層,中間還有二疊紀地層。20世紀50年代,石油科學家開始了對塔里木石油的勘探活動。盡管人們普遍意識到這里的石油資源前景廣闊,但受制于當時的技術和裝備,很多地區、很多領域的勘探尚未進行。勘探工作的進一步發展期待著新技術和新理論的誕生。
1989年塔里木石油會戰以來,塔里木這片熱土發生了地覆天翻的變化。從塔中凹陷到庫車山前前陸盆地,從海相沉積儲層到陸相沉積儲層,石油事業取得了重大成就。其一,以海相砂巖構造油氣藏為目標,發現并建成輪南、東河塘、塔中4、哈得遜等整裝油氣田。其二,以庫車山前構造油氣藏為主要目標,找到克拉2、迪那2、大北1等一批超千億立方米大氣田。其三,以碳酸鹽巖巖性油氣藏為主要目標,找到輪古、塔中I號坡折帶兩個大油氣田,迎來油氣儲量增長高峰期。
塔里木盆地深井超深井鉆探的實施,不僅推動塔里木闊步跨入全國大油氣田行列,而且成為我國資源戰略向深部地層勘探的代表,較好地實現了我國石油工業加快發展西部的戰略意圖。
深層的難度在哪里?
以前,地質家們認為3500米是東部儲層和油氣埋藏的“死亡線”,變質巖、火山巖等更是勘探“禁區”,見到就完鉆。遼河油田變質巖潛山的突破大大拓寬了地質家們對儲集類型的認識,并把“死亡線”不斷下移。
如今,松遼盆地的變質巖、火山巖勘探深度可達5000米左右,灰巖可突破6000米。過去認為,油在地下超過200攝氏度就要全部裂解成氣。最近通過模擬發現,在230攝氏度的環境下仍有油的存在。雖然只提高了30攝氏度,但勘探深度因此大大增加。
然而,理論上可行不代表生產實踐中能一路暢通。
走訪塔里木油田克深一帶,很多井隊工程師形容:“在復雜地質條件下,深井超深井鉆井就像天天打遭遇戰。”
塔里木鉆探最深達到8023米,鉆井難題也隨之層出不窮。地層壓力、巖性、層位、產狀、深度變化是造成深層鉆井事故和復雜情況頻發的主要原因。而應對地質變化引發事故和復雜情況的套管層次、鉆井技術手段、工具、裝備和材料儲備的不足,是深層鉆井的第一大難題。其次,高密度、窄窗口地層鉆井過程中井漏和溢流交替發生,處理時間長、難度大,鉆井液損耗嚴重,存在較大的井控風險。第三,深層鉆井周期長,套管磨損嚴重。此外,地層傾角大帶來的井斜控制和加大鉆壓之間的矛盾,如何準確選擇鉆頭型號,以及異常超高壓對鉆井裝備和井控工作提出的技術要求,都是擺在石油人面前的難題。
對深井超深井的攻關,石油人從未停歇。其背后是強大的技術集成保障,如垂直鉆井、個性化PDC鉆頭、高溫高壓鉆井液、高性能四單根立柱電動鉆機等。
在超深井鉆進中,塔里木油田采用井下動力鉆具+高效鉆頭配套技術和超深鹽膏層、鹽水層安全鉆井等一系列實用技術,成功攻克超深井地底溫度超高和壓力系數超大等諸多難題。
目前,在深層油氣勘探中,面對塔里木盆地復雜地質條件,鉆井中的地質不確定性、斷層多次重復、地應力強、超高壓、鹽膏層、軟泥巖多次出現等復雜難點,現有鉆井技術仍不能完全解決。
深層的未來在哪里?
東部地下3500米左右,西部地下4500米——2000年以前,這個深度界限一直牢刻在石油人腦中。
如今,這條界限不斷被突破——東部勘探深度至少增加了2000米,西部勘探深度至少增加了2500米。平均算下來,相當于增加大半個中國的勘探深度。
未知的道路充滿艱險。深層前景如何,深層的發展重點在哪里?一個個疑問縈繞人們心中。
“未來,深層石油資源將占剩余石油資源的40%左右,深層天然氣資源將占剩余天然氣資源的60%左右。”中國石油勘探開發研究院副院長兼總地質師鄒才能說。
在未來深層發展之路中,鄒才能認為,塔里木盆地應是我國深層發展戰略中的第一重點,四川盆地緊隨其后。碳酸鹽巖則是第一重點中的重點。“其實,這些年準噶爾盆地的深層潛力一直被低估,應對其繼續加大研究與投入,或許會給我們帶來不小的驚喜。”
如今,走向深層已成為石油行業的共識,東西部幾大盆地陸續有重大發現,再加上這些年的持續攻關,我國已經形成一定的技術和人才儲備。如何才能讓深層之路走得更好更穩?鄒才能認為,要在四個方面下大功夫。一是繼續尋找富集高產的重大目標和重大層系。二是在技術上的探索永不停止,讓井打得更快,壓裂壓得更開。三是全方位降低成本,不僅僅井要打得更快更省,還要在人員上、流程上和資源配置上實行精細化管理。四是開發理論和技術要不斷進步,實現勘探開發一體化,推動深層大發展。
今天的“禁區”往往是明天的突破口。深層探索到現在,仍存在一些無法輕易觸碰的“禁區”。“現在開采的資源大多是有機質。無機氣是否能在深層、超深層獲得是未知數,‘盆底’是否具備聚集能力也是未知數。如果這兩個未解的謎題日后得到破解,深層的發展將會迎來另外一片天空。”鄒才能表示。