最近
小石头看到一个有趣的问题↓
在我们的脚下埋藏着很多
见证地球亿万年演化的石头
它们有的深藏地下4000米至8000米
甚至更深
有的酷似“蜂窝煤”
宝贵的油气资源就藏在其中
点击收看《院士公开课》▲
近日
CCTV10央视科教频道播出
《院士公开课》
中国工程院院士
石油天然气地质和勘探专家
郭旭升
在节目中为大家讲述
地球深部有哪些油气宝藏？
超深层勘探开发难在哪？怎样找到油气？
页岩气如何做到立体开发？
人类会不会挖穿地球？
......
为什么要向地球深部进军？
随着我国经济快速发展以及人民生活水平日益提高，油气使用量加大，我国油气开采自给率出现不足。
据统计，2023年，我国石油消费量为7.56亿吨，其中自产原油2.09亿吨，天然气消费量为3949亿立方米，自产天然气2324亿立方米。
从目前油气勘探来看，我国资源条件较好的盆地比如松辽盆地、渤海湾陆上、鄂尔多斯盆地，资源开采分别达到70%、53%、50%。同时，老油田也面临着油气品质和产量下降、开采难度加大等一系列难题。
然而，地表6000米以下甚至万米深的地下，专家评估资源量高达671亿吨，当量占全国油气总资源的34%。
郭旭升：“对常规油气田来说，4500米到6000米我们称为深层，大于6000米叫超深层。深层、超深层蕴藏着非常丰富的油气资源。已经成为油气勘探开发主战场，也是端牢能源饭碗，保障国家能源安全的重要举措。”
向地球深部进军，成为我国油气勘探科研人员不得不面临的挑战。
地球深部有哪些油气宝藏？
当节目中问到“向地球深部进军会遇到什么”时，郭旭升院士向观众分别展示了埋藏在地下3400米、地下4500米、地下7000米和地下8000米深处的岩石。
▲类似“蜂窝煤”一般，地下3400米与地下4500米的样本对比，一个粗糙，另一个细密。
▲这块“大蜂窝煤”，来自地下7000米深，属于2.5亿年前，二叠纪时期的白云岩。
郭旭升：“它们的形成大多是海里的生物礁、珊瑚、微生物等在地下演变而来。因为是碳酸盐岩地层，在埋深的过程中，抗压实作用比较强，岩石较硬，很多孔隙能够保留下来，所以它在7000米仍有非常好的孔隙。我们就是在这里面发现了元坝气田。”
这些外表看似普通的石头见证了地球亿万年的演化。随着钻机不断迈入地球深层，丰富的地下资源也渐渐崭露头角。
2012年，在重庆涪陵地下发现了储量近9000亿立方米的页岩气田——中国石化涪陵页岩气田。
地壳到底有多厚？人类能否挖穿地球？要多久？如果挖到地球中心能看到什么？
面对网友的疑问，郭旭升说，地球的内部结构分为地壳、地幔、地核三部分。
地壳的一般是5公里到70公里，陆地上是30公里到70公里。地幔的厚度一般是2900公里，地核厚度约3470公里。
郭旭升：“我们现在的石油勘探开发，主要都在地壳这部分，如果把地球比作一个鸡蛋，现在还在蛋壳上活动。所以地下蕴藏着丰富的资源，向地球深部进军，前景非常广阔。”
超深层勘探开发有何难点？
地球内部有着极其复杂的环境。目前人类钻的最深的是苏联的科拉超深井，它的深度是12262米，相比地壳5公里至70公里的厚度，就像是在地壳上扎了一针。
随着深度的增加，地层内部温度不断上升，平均深入100米就上升2.5摄氏度至3摄氏度，深度到达7千米时，地下温度已接近200摄氏度。
除了高温之外，在地下7千米的岩层中还隐藏着1000个大气压，就好比人的拇指上承受着一头大象的重量。
面对如此极端的地下环境，要怎样解决这些问题呢？
郭旭升：“选点是整个勘探工作的关键，是一切工作的龙头。首先，从事地质的同事，要结合周边露头的资料，或这个地区打过的其他层位的井的资料，对地质情况进行研究，明确大的方向，这个时候就需要用上物探。”
用什么方法给地球拍CT？
物探就好比给地球做CT。
给地球拍CT，这并不是一个脑洞题，相反，这是科学家们在需要探测地质情况的时候，经常会使用的一种方式。
郭旭升：“通过人工放炮激发，把地下反射上来的地震信号接收下来，通过大型计算机处理分析形成影像。”
郭旭升院士在节目中向大家展示了一张“CT图”，画面中带有波纹的部分，被院士称为“羊肉串”。
这些是埋藏在地下7000-8000米深处，所形成的裂缝溶洞，影像显示有空腔，就意味着这里可能是一块存储着油气的大气田。因此，找到了“羊肉串”就意味着可能取得重大突破。
郭旭升：“接着我们还要打横井，比如在顺北油气田，打完直井后再打水平井，类似串很多个‘羊肉串’，这样能够实现高产。”
通过一张“CT片子”，就能够了解哪个地方有好的储集空间，哪个部位能够形成油气的富集，这样实现了看得准，更精准地部署井位。
郭旭升：“我们行业有句话叫钻头不到，油流不冒，这就是钻井的重要性，只有钻井下去了，这才是实实在在的。”
页岩气如何做到立体开发？
除塔里木盆地外，通常来说，在7000米、8000米的超深层位置，大部分以气为主。天然气经过简单的净化，可以直接进管道或工厂，输送至千家万户。
在我国首个投入商业开发的大型页岩气田——中国石化涪陵页岩气田开发中，科研人员面对的气层挑战难度极大。每一套层系的地层的压力、温度、流体性质都不一样，最高钻地地层压力到132个兆帕，压力高。
同时，这里的地层硬度高，流体包含水、有毒硫化氢，整个工程技术难度系数非常大。
四川盆地周原为喀斯特地貌，地下有很多溶洞暗河，都将给钻进带来不可预知的风险。一旦遇到松软地层，井壁容易挤压钻杆，如果不能及时发现，可能导致井报废，造成几千万的损失。
而页岩层厚度太薄，如果只是垂直打进，开采的空间太小，难以形成高产。如何解决这个难题？郭院士团队提出了大胆而富有想象力的解决方案。
他们在地下深处打出一个水平井，精准地顺着页岩层前行，延伸1500至2000米，就像一条游走的蛇，紧贴着地层缓慢推进，并借用一个地下的导航系统调整路径，确保在页岩气层中准确钻进。
打完井后，还要把这些1000多米的水平段用工具把它分段，分段后进行压裂改造。
为什么要进行压裂改造？
郭旭升：“这是因为页岩非常致密，空隙为纳米级，在地下互不连通，要把一段射开后，用水携带大量沙子进入地层把页岩击碎。”
“通过击碎，把本来不连通的纳米级孔隙连通起来，在压开缝后，沙子用于撑着不让地层再闭合，这样就能够获得高产。我们在涪陵页岩气田也是打了三层水平井，是一个立体开发。”
中国石化涪陵页岩气田于2013年正式产气，此后十几年，涪陵页岩气田为长江经济带沿线中下游的6个省、2个直辖市，70多个大中型城市、2亿多居民送去清洁能源。
为了最大化开发资源，中国石化积极探索立体开发模式，涪陵页岩气田成为我国第一个实现立体开发的页岩气田。截至目前，涪陵气田焦石坝区块整体采收率比2013年开发初期翻了一番，涪陵页岩气田三层立体开发井组采收率，达国际领先水平。
涪陵页岩气田也成为页岩气开发的绿色典范，截至目前，累计产量近700亿立方米，推动我国页岩气勘探开发在区域、层位、深度上不断取得新突破。
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素材 | 央视网
组稿 | 刘锦妍
原标题：《突破地下万米！“人类挖穿地球，还需要多久？”》
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