9000メートル超え！地球深部へ向かう！「神地1号」はなぜ記録を破れるのか？

新疆アクス州沙耶県はタリム盆地に位置し、世界で2番目に大きい移動砂漠であるタクラマカン砂漠の外縁にあります。古代シルクロードのクチャ王国の一部であったこの地は、かつては輝かしい古代西洋文化で輝いていました。

新疆ウイグル自治区アクス州沙耶県のポプラ自然保護区（画像提供：Wikipedia）

最近、中国石油化工集団が設立した「深層地球プロジェクト」の順北油ガス田基地から朗報が届いた。「深層地球1号」の躍進3-3XC井が2つの記録を樹立した。

第一に、この井戸は9,432メートルの深さまで掘削され、アジアの陸上で最も深い井戸として新たな記録を樹立しました。

2点目：水平方向に地下3,400メートルまで延長することで、超大深度掘削における水平変位の新記録を樹立しました。

画像提供：新華社

この二つの記録破りの成果の背後には、我が国の「地球深部探査」に関する一連のハードコア技術がある。

1. 石油とガスの貯留層は地下深くにある

深海、深地球、深宇宙、深青の分野における戦略的ハイテクの開発は、中国の主要な科学技術革新計画の一環である。「地球深部探査」（すなわち、深部地球）戦略に対する重要な前向きな対応は、深部の石油およびガス資源の探査です。

ある人がこう尋ねました。「石油やガスの資源を探すとき、なぜ「さらに深く」探査する必要があるのですか？」これは、現在の「石油・ガス埋蔵量がますます深くなっている」という傾向に関係しています。 2016年以降の統計によると、我が国の深層および超深層の石油・ガス資源の石油換算量は670億トンを超え、我が国の石油・ガス資源全体の3分の1以上を占めています。

（石油換算とは、標準油の発熱量を基準として各種エネルギー量を算出するための換算指標です。石油換算1kgの発熱量は42.62MJと算出されます）

こうすれば、石油やガスのエネルギー不足の問題は大きく緩和されるのではないでしょうか。こうした石油やガスの資源を深層や超深層から採取するのは、それほど容易なことではありません。

石油とガスの形成過程の図解（写真提供：Tuchong Creative）

深層と超深層の分類基準は世界的にも我が国でも異なります。我が国の石油・ガス探査の実務の観点から、国家鉱物資源委員会は 2005 年に次のような定義を行いました。

深層：地下3500～4500メートル

超深層：4500メートル以下

中国の学者たちは、10年以上にわたる石油・天然ガス探査の実践と経験の集約を経て、わが国の東部と西部地域の温度場の違いを組み合わせて、東部と西部地域の深層と超深層をそれぞれ定義しました。

東部地域の深層：深さ3500～4500メートル

東部地域の超深層：4,500メートル以下

西部地域の深層：深さ4500～6000メートル

西部地域の超深層：6000メートル以下

2. 深さは測れるが、石油やガスは入手が難しい

「深地層1号」順北油ガス田基地は、油ガス埋没の平均深度が8,000メートルを超えており、典型的な「超深度」油ガス田となっている。「神帝1号」月金3-3XC井の掘削完了深度は9,000メートルを超えた。同社の掘削プロジェクトは、まず超深度掘削および超深度掘削で直面する共通の問題に直面しました。

地層は非常に古く、長い進化の過程を経てきました。地層構造は極めて複雑で、大部分は高温高圧の環境にあります。深層の流体には硫化水素や二酸化炭素などの酸性ガスが豊富に含まれています。

さらに、「神地1号」月金3-3XC井戸は「独特の個性」を持っているため、いくつかの「個性」の問題にも遭遇しました。

この井戸は、新疆ウイグル自治区沙耶県のタリム河上流湿地自然保護区の生態学的レッドライン外に位置している。しかし、採掘対象となる石油やガスはそこにはなく、約3,400メートル離れた保護区域内の深さ7,200メートル以上の超深層地層に埋まっている。

シノペックの「神帝1号」躍進3-3XC井戸がドローンで撮影された（写真提供：新華社）

そのため、地下数キロメートルの「水平変位」を持つことになります。このような大変位井戸の掘削プロセスでは、重力の影響により、掘削屑は井戸の傾斜が大きい部分や水平部分に容易に蓄積され、掘削屑層が形成されます。このまま蓄積が続けば、掘削プロジェクトに大きな障害をもたらすことになるだろう。

3. 課題を克服し、突破口を開く

課題 1 の克服: インテリジェントなビッグデータと複雑な地質環境

超深層の複雑かつ厳しい地質条件に直面し、技術者はビッグデータ、遠隔技術サポートなどの手段を駆使して、プロジェクトを保護し、「神地1号」月金3-3XC井のリアルタイムリスク警告システムを構築した。

近年、石油・ガス工学技術の発展において、インテリジェント掘削ビッグデータ技術の応用は止まらなくなっています。インテリジェントなビッグデータが掘削プロセス全体にシームレスに浸透します。のように：

ダウンホール測定システムは、ダウンホールツールをリアルタイムで検出し、検出データを分析システムにリアルタイムで「送信」してデータを分析することで、次の段階に最適な計画を設計します。

掘削同時測定システムは、対象地層に含まれる地質パラメータを「収集」し、データ分析後に正確な地質情報をタイムリーに「フィードバック」することができます。

今年8月、作業員らは我が国が独自に開発した超深井戸自動掘削装置を操作し、月金3-3XC油ガス井で掘削作業を行っていた（写真提供：新華社）

石油・ガス技術者の目には、これは重大な技術的変化です。掘削に経験だけに頼る必要はなく、科学的な掘削の時代が到来したのです。

特に「神地1号」月金3-3XC井には、極めて精密な坑内計測・制御システムが設置されている。 7,000メートル以上の深さからの信号を瞬時に地上に届けることができます。これは「ドリルに最後の仕上げを加える」ようなもので、ドリルビットに目を付け、特定の状況に応じてリアルタイムで「ストローク」を調整することで、水平井戸が短距離の自由度と短サイクルの自由度を実現できるようにします。

問題2: 超深海・大排気量技術と「超深海」+「大排気量」

大範囲井にはさまざまな定義があります。その 1 つは、英国の BP 社と米国の ARCO 社によるもので、水平変位 (HD)が 3,000 メートルを超える方向性井または水平井は、拡張リーチ井 (ERW) として識別できます。

掘削の水平変位の模式図（出典：Wikipedia）

「地球深部１号」躍進３－３ＸＣ井は水平変位が３４００メートルあり、６０００メートルをはるかに超える地層で石油・ガスを採掘しているため、「超大深度＋大変位」が悩ましい課題となっている。この問題を解決するために、技術者は超深度大変位技術を使用し、最初に真っ直ぐ下に進み、次に水平に延長して、地層の下の水平方向に3,000メートル以上延長し、石油とガスの資源を採取しました。

4. 屋外で記録を破り、屋内で石油とガスを採掘する

記録を破ったことは確かに祝う価値があるが、さらに喜ばしいのは、「神地1号」月金3-3XC油井が実際に高収量の石油とガスの流出を獲得したことだ。統計によれば、毎日200トンの原油と5万立方メートルの天然ガスが得られる。さらに、超深度大変位井2本が設置され、月津3-3XC井と合わせて累計5万8千トンの原油生産が可能となり、新たに追加された回収可能埋蔵量は30万トンを超える。

スタッフが現場で生産された原油を展示している（写真提供：新華社）

「神地1号」月金3-3XC井の掘削プロジェクトは、我が国が深層地球技術と深部石油・ガス資源探査プロジェクトにおいて世界のトップクラスの国にランクされていることを証明し、我が国のエネルギー安全保障を確保するための強固な技術・工学的基礎を築きました。

参考文献:

[1] 楊飛、周静。インテリジェント掘削ビッグデータ技術の開発に関する研究[J]。石油化学技術、2017年、24(09):

[2] 馮飛。水平井掘削技術の進歩に関する研究[J]ウェスタン・マイニング・エンジニアリング、2023年、35(07):

[3] 何鄧発、賈成草、趙文志ほか。中国における超深層石油・ガス探査の研究進捗と主要課題[J]。石油探査開発、2003年。

[4] 関暁東、郭磊。深部および超深部の石油・ガス蓄積の研究における新たな進歩と展望[J]。石油実験地質学、2023年、45(02):

[5] Miao Xiang、Qin Tianbao、Shi Lei 他。大範囲掘削井における掘削屑の移動に影響を与える要因の分析[J]。中国石油化学標準品質、2021年、41(18):

[6] Zhang Kang、Lu Xin、Zhang Jiali 他。超大深度掘削・仕上げ技術基準制度に関する議論[J]石油産業技術監督、2023年、39(10):

著者: 翟国清、中国科学ライター協会会員

査読者: 朱伝清、中国石油大学地球科学学院教授（北京）

制作：中国科学普及協会