新疆為何開挖「深度超過一萬公尺的科學井」?中國工程院士:這是能源與國安的重大戰略抉擇

2023-06-05 17:15

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塔里木盆地的深地塔科1井。(新華社)

塔里木盆地的深地塔科1井。(新華社)

中國官媒《人民日報》報導,位於新疆塔里木盆地的深地塔科1井5月30日正式開鑽,這也是中國第一口深達1萬公尺的「科學探索井」。根據開挖方中國石油的說法,這口深井旨在「探索萬米級特深層地質、工程科學理論,並為油氣資源開發提供重要的基礎和支持」。

新疆開挖「深地塔科1井」的消息,很快也受到《彭博新聞》、《耶路撒冷郵報》等外媒關注。深度預估可達11100公尺的「深地塔科1井」是中國石油在塔里木油田實施「深地工程」探測的重大工程,該井位於新疆阿克蘇地區的沙雅縣,預計完工需時457個工作天。不過「深地塔科1井」除了「挑戰深地鑽井極限」,中國石油也宣稱要「深入探索地球內部結構和演化規律,為地球科學研究提供重要的數據支持」。

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「我國科技實力正在從量的積累邁向質的飛躍、從點的突破邁向系統能力提升,在深海、深空、深地、深藍(編按,指電腦科學)等領域積極搶佔科技制高點。」

中國國家主席習近平

《彭博新聞》稱,習近平2021年曾在一場對科學家的談話中呼籲,應該在地球深部探測方面取得更大進展,除了有助於識別礦產和能源資源、更能提升對地震與火山爆發的災難評估能力。《耶路撒冷郵報》則說,世界第二大經濟體依舊希望在科學領域取得領先—這口深達10公里的科學井開挖首日,中國也把首位民用宇航員送上太空。

《人民日報》指出,中國深層超深層油氣資源佔全國油氣資源總量的34%,主要集中在塔里木、準噶爾、四川、柴達木4個大型含油氣盆地。業內將4500到6000公尺的井深定位為深井,6000到9000公尺的井為超深井,超過9000公尺的井為特深井。由於中國「富煤貧油少氣」,更不像中東國家往地下挖幾百公尺到兩三千公尺都會出油,未來陸上油田自然會主攻深地與非常規油氣開發,不過地底超過1萬公尺的高溫環境,打一口井需要攻克井漏、卡鑽、地層垮塌等幾十道難題。

鑽頭重逾兩千噸

新華社報導,「深地塔科1井」開鑽前在地面上要先架設20層樓高的鋼鐵塔架,然後再以重達2000多噸的鑽頭、鑽桿、套管深入地下,穿透包含約1.45億年前的白堊紀等10多個地層,儼然就是探索地球深部的「望遠鏡」,鑽探難度好比一輛大卡車靠2根細鋼索行駛。中國工程院院士孫龍德表示,鑽井從4500打到6000公尺,中國花了10年才完成實踐;從7000打到9000公尺,又摸索經歷了17年。

中國石油塔里木油田的首席技術專家王春生表示:「針對超深和塔裡木特殊的地質結構帶來的困難,塔科1井使用我國自主研發的全球首台12000米特深井自動化鑽機進行作業。與普通鑽機相比,該鑽機載重提升能力由三、四百噸提高到最大九百噸。同時,首次加工制造國內168毫米鑽杆,創新研發耐220攝氏度超高溫工作液、五開井眼井身結構等技術,為鑽探萬米特深井提供技術和裝備保障。」

為何不斷挑戰「地下珠峰」

《新疆日報》指出,原先亞洲最深水平井的紀錄,就是由塔里木油田果勒3C井的9396公尺所創下。而且塔里木盆地光是超過8000公尺的深井就有160口,堪稱一座座「地下珠峰」。但為什麼中國石油要把地鑽的比珠穆朗瑪峰(即喜馬拉雅山的聖母峰,海拔約8848公尺)還要深呢?

西北油田勘探規劃專家艾克拜爾·沙迪克說,隨著中國石油工業的不斷發展,中淺層油氣資源勘探開發已進入中後期、發現難度也越來越大,因此必須到更深的地方進行鑽探。

中國工程院院士孫金聲說:「超深層已成為我國油氣資源增儲上產主陣地,向地球深部挺進是保障我國能源安全的重大戰略任務,是端穩端牢能源飯碗的重大戰略選擇。」中國自然資源部部長王廣華則對《人民日報》強調,國內的原物料及能源採購擺脫對外依賴至關重要,「國際形勢一旦發生變化,勢必影響中國經濟安全乃至國家安全」。

中國積極探勘開採深層油氣

《新疆日報》稱,以塔里木盆地為例,埋深超過6000公尺的油氣資源分別佔全國的83.2%和63.9%,約佔全球深層油氣資源總量的19%,勘探開發潛力巨大。塔里木油田勘探開發研究院勘探所一級工程師黃少英表示,塔里木盆地已探明油氣儲量當量超50億噸,目前探明率僅32%左右,而且超深層油氣資源儲量佔盆地資源儲量50%以上,探明程度還很低,向超深層拓展還有很大空間。

過去世界油氣勘探專家將8000公尺以下視為「油氣禁區」,因為在如此高溫高壓環境下,埋藏數億年的石油早就「燒乾了」。但中國科學家研究多年後確信,塔里木盆地其實是一個「冷盆地」。中國東部鑽井打到6000公尺,井底溫度就高達攝氏200度,但塔里木盆地打到八九千公尺井下溫度才達到攝氏180度,最高也才剛突破攝氏200度,科學家判斷仍有可為。

塔里木油田超深層油氣藏主要在奧陶系(4.38億年至4.8億年前地層),由於中國石油持續向地球深部挺進,近年來在寒武系(4.8億年至5.4億年前)也鑽出油氣,再向下震旦系(5.4億年至6.5億年前)、南華系(6.5億年至7.5億年前)是否還有油氣?需要超過一萬公尺的深地鑽井來證實。不過探勘塔里木油田的工程師相信深處仍有油氣,因為塔里木盆地形成於20億年前,當初這裡曾是汪洋大海,只不過地質演變將大量生物遺體埋藏在地層深處,在高溫高壓環境下形成油氣充盈於岩石孔洞與縫隙中,畢竟「俄羅斯在西伯利亞發現13到14億年前的地層都有烴源岩」

美國新墨西哥州的油田開採設備。(美聯社)
美國新墨西哥州的油田開採設備。(美聯社)

「深地塔科1井」若能成功,確實將會是中國最深的一口井—但它與世界最深仍有一段差距。人類在地球上鑽過最深的一個洞,位於北極圈之內的科拉半島(Kola Peninsula)。英國廣播公司(BBC)曾經報導,前蘇聯曾在這裡的科研站鑽了一個深達12200公尺的「科拉超深鑽孔」(Kola Superdeep Borehole),這也是地球上最深的一口人造井。

BBC稱,超級大國在上個世紀的冷戰年代有一場鑽井競賽,無論美蘇都盡可能深鑽入地殼,甚至到達地幔。蘇聯人當初花了將近20年才終於鑽到這個深度,可惜在蘇聯解體的混亂中,這個鑽井計畫戛然而止(最深處的鑽點溫度為攝氏180度)—距離穿過地殼到達地幔的遠大目標,只完成了三分之一左右。蘇聯解體後,由於沒有經費繼繼續工程,最後整個設施遭到關閉。

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