2023年5月30日，中国石油塔里木油田公司位于新疆阿克苏地区沙雅县的深地塔科1井正式开钻，这一标志性事件让中国跻身全球少数具备万米级特深井钻探能力的国家行列。深地塔科1井设计深度1.10万米。直至2025年2月20日，中国石油集团宣布，中国首口超万米科探井——深地塔科1井在地下10910米胜利完钻，成为亚洲第一、世界第二垂深井。这一成果标志着我国在深地探测领域取得重大进展，具有多方面重要意义。

▏****深地探测：人类探索地球内部的终极挑战地球内部结构主要分为地壳、地幔和地核。其中，地壳的平均厚度约为17公里，然而人类目前最深的钻探记录仅为12,262米，这一记录来自苏联的科拉超深井。深地探测对于人类而言，不仅是资源开发的必然需求，更是揭示地球演化奥秘的关键途径。从资源角度来看，国际能源署统计数据显示，全球超过60%的未探明油气资源埋藏于4500米以深的地层。随着浅部资源的逐渐减少，向地球深部进军，寻找更多的能源和矿产资源成为必然趋势。万米级深井的钻探，将有可能触及古老地层中的油气藏、地热能以及稀有金属资源，为解决全球能源危机和资源短缺问题提供新的方向。中国的塔里木盆地是全球最大的含油气叠合盆地，其富满油田已探明的超深油气储量达10亿吨级。深地塔科1井选址于此，具有重要的战略意义。一方面，瞄准资源开发，有望进一步提升我国的油气资源储量，保障国家能源安全；另一方面，该井承载着揭示特提斯洋构造演化、深部碳循环机制等科学使命，对于深入了解地球的演化历史和地质过程具有不可替代的作用。

▏****技术突破：从“跟跑”到“领跑”的装备革命一、万米钻机自主化深地塔科1井采用了全球首台1.2万米特深井自动化钻机，这台钻机在核心参数上全面超越了国际同类设备，实现了我国在深井钻探装备领域的重大跨越。- 提升能力：传统钻机的载重通常在300 - 400吨，而深地塔科1井所使用的钻机载重跃升至900吨，这一提升幅度相当于能够同时吊起150头成年非洲象，极大地增强了对深井钻探所需设备和材料的吊运能力。- 智能化水平：该钻机搭载了钻井自主决策工控系统，通过先进的传感器和智能算法，能够实时采集井下的各种参数，并根据这些参数对钻井作业进行动态优化。这一智能化的提升使得作业效率提高了30%，同时也减少了人为因素对钻井作业的影响，提高了作业的准确性和稳定性。- 耐极端环境：针对深井钻探中面临的高温、高压和高应力等极端环境，钻杆材料的性能得到了大幅提升。其抗拉强度达到1,400MPa，耐温指标突破230℃，并且能够满足超高压（140MPa）地层的需求，确保了钻杆在极端条件下的可靠性和使用寿命。二、关键核心技术集群为了确保深地塔科1井的顺利钻探，项目团队攻克了四大技术瓶颈，形成了一系列关键核心技术集群。- 智能控制一体化平台：融合了AI算法与物联网技术，实现了对钻速、钻压、泥浆性能等关键参数的动态协同控制。通过实时监测和分析井下数据，该平台能够根据不同的地质条件和钻井工况，自动调整各项参数，实现钻井作业的最优化。- 超高重载井架底座：采用模块化设计，这种设计理念不仅便于运输和安装，而且大大提高了井架底座的承重能力。相较于传统结构，其承重能力提高了2倍，能够稳定地支撑起整个钻井设备，确保在深井钻探过程中设备的安全性和稳定性。- 超深井随钻测井系统：研发了耐高温核磁共振测井仪，该仪器能够在高温高压的环境下正常工作，实现对万米地层原位参数的采集。通过对地层的物理性质和化学成分进行实时监测，为钻井作业提供了准确的地质信息，有助于及时调整钻井策略，提高钻探效率。- 环保钻井液体系：开发了纳米封堵剂与生物降解材料，用于制备环保钻井液。这种钻井液体系不仅能够有效地封堵地层孔隙，防止井壁坍塌，还能保障深层地下水零污染，符合可持续发展的要求，减少了钻井作业对环境的影响。

▏****工程挑战：万米深井的“三高”极限考验一、高温高压地狱模式随着钻井深度的增加，地层的温度和压力急剧上升，形成了所谓的“高温高压地狱模式”。在深地塔科1井的钻探过程中，地层温度梯度达到3℃/100米，预计井底温度将超过300℃，这远远超出了常规电子元件的耐受极限（通常<175℃）。高温会导致电子元件性能下降、寿命缩短，甚至直接损坏，给井下测量和控制设备的正常运行带来了巨大挑战。同时，地层压力系数突破2.3，这意味着在井底每平方厘米的面积上要承受超过20MPa的压力，相当于指甲盖面积承受2吨重量。如此高的压力对井筒完整性提出了严苛要求，一旦井筒出现破裂或泄漏，不仅会导致钻井作业失败，还可能引发严重的安全事故。二、钻具失效与轨迹控制在万米深井中，钻柱自重达500吨，在钻井过程中，钻柱要承受巨大的拉力、压力和扭矩等交变载荷，这使得钻具极易发生疲劳断裂。为了解决这一问题，项目团队通过有限元仿真技术对钻具组合进行了优化设计，合理分配钻柱各部分的受力，提高钻具的抗疲劳性能。此外，由于深井钻探需要穿越多个复杂的地层，对井眼轨迹的控制精度要求极高。传统的井斜控制方法难以满足万米深井的要求，为此项目团队应用了量子惯性导航系统，将井斜控制精度提升至0.1°/30米，确保钻头能够精准穿越多套复杂层系，准确到达目标位置。三、超长周期下的可靠性管理深地塔科1井计划钻完井周期为457天，在如此长的时间内连续作业，要求设备的故障率必须低于0.5‰。为了保障作业的连续性和可靠性，项目团队基于数字孪生技术构建了预测性维护系统。该系统通过对设备运行数据的实时采集和分析，利用数字模型对设备的运行状态进行模拟和预测，能够提前72小时预警关键部件的失效风险，及时安排维护和更换，避免因设备故障导致的停工停产。

**▏****科学意义：打开地球深部的“黑匣子”**一、重塑油气成藏理论传统的油气成藏理论认为，油气藏形成的深度上限为8,000米。然而，在塔里木盆地，已经在8,592米的深度获得了工业气流，这一发现对传统理论提出了挑战。深地塔科1井的钻探将进一步验证“深层 - 超深层油气多期成藏”假说，通过对深部地层的岩芯分析和地质数据采集，有望揭示深层油气藏的形成机制和分布规律，推动资源评价深度边界向万米拓展，为全球油气勘探提供新的理论指导。二、揭示大陆动力学机制深地塔科1井钻遇的前寒武纪基底岩芯，是研究地球早期演化历史的珍贵样本。通过对这些岩芯的分析，可以为研究古亚洲洋闭合、青藏高原隆升等重大地质事件提供直接证据。此外，通过对氦同位素等指标的分析，有望发现深部地幔物质上涌通道，进一步揭示地球内部物质的循环和运动规律，对于理解大陆动力学机制具有重要意义。三、构建深地大数据图谱在深地塔科1井的钻探过程中，部署了分布式光纤传感网络，该网络能够实时采集温度、应力、流体化学等20类参数。通过对这些数据的长期监测和分析，将形成全球首个万米级地球物理 - 化学综合数据库。这个数据库不仅为深地塔科1井的钻探提供实时数据支持，还将为地震预测、气候变化研究等领域提供宝贵的数据资源，有助于深入了解地球内部的物理和化学过程，提高人类对地球系统的认知水平。

▏****国际比较：中国深地技术的全球站位对比全球重大深地项目，中国在深地探测技术方面已实现了从技术输入到模式输出的重大转变。

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中国方案的优势显著。全自动化的智能钻机大幅降低了人力需求，提高了作业效率，复合钻速提升至4.2m/h，相比其他项目有了很大提升。同时，通过智能决策系统和先进的技术手段，成本较传统模式下降了40%，为深地探测的商业化发展树立了新的范式，展示了中国在深地探测领域的技术实力和创新能力。

**▏****未来展望：深地探测的“中国路径”**深地塔科1井的成功实施，为中国深地探测事业的发展奠定了坚实基础，也将推动三大战略方向的发展。- 深地实验室网络：在四川盆地、松辽盆地等地质条件复杂但资源潜力巨大的地区，建设万米级科学钻探集群。通过多口深井的钻探和长期监测，形成一个全方位、多层次的深地实验室网络，深入研究不同地区的地质构造和资源分布规律，为资源勘探和开发提供更丰富的数据支持。- 行星类比研究：将深地探测技术与行星探测相结合，开发月球/火星原位钻探技术。通过在地球上的深地钻探实践，积累经验和技术，为未来在月球、火星等行星表面进行原位钻探提供技术支撑，服务于深空探测任务，有助于人类更深入地了解其他行星的内部结构和演化历史。- 碳中和支撑：积极探索深部地热发电与CO₂地质封存潜力。深部地热能是一种清洁、可再生的能源，通过深地探测技术开发深部地热能，将为实现碳中和目标提供新的能源途径。同时，研究CO₂地质封存技术，将工业排放的CO₂注入深部地层进行永久封存，减少温室气体排放，为应对全球气候变化做出贡献。预计到2030年，中国将形成万米以深资源勘探技术标准体系，深地探测产业规模突破千亿元。中国将凭借在深地探测领域的技术创新和实践经验，为全球能源转型和地球科学研究贡献更多的东方智慧和中国方案。深地塔科1井是中国高端装备与地球科学交叉创新的典范之作，它标志着人类在探索未知领域的征程中又迈出了重大一步。这项工程不仅重新定义了深部资源开发的极限深度，为我国的能源安全和资源保障提供了新的希望，更为理解地球系统的运作提供了独一无二的观测窗口。随着钻头不断向地心挺进，中国正在书写深地探测的“新编年史”。通过深地塔科1井以及未来一系列深地探测项目的实施，中国将在全球深地探测领域发挥越来越重要的作用，为构建人类命运共同体注入深层动能，推动全球能源和地球科学研究迈向新的高度。
（图片源自网络）
作者 | 几维鸟毕业于新西兰林肯大学。对大众科普知识拥有浓厚兴趣，曾在多个科普期刊上发表过科普文章。关注事实，积极探索前沿科技。

初审 | 陈嘉琦、李书豪复审 | 魏星华
终审 | 韩永林

来源: 吉林科普微窗