Khoan sâu hơn 10.000m, quốc gia láng giềng của Việt Nam tìm thấy "túi mù", kết quả ngoài sức tưởng tượng

Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Trung Quốc (CNPC) đã đạt được độ sâu khoan hơn 10.000 mét tại một trong các giếng của mình. Giếng Shendi Chuanke 1, tọa lạc tại huyện Jiange, tỉnh Tứ Xuyên, Tây Nam Trung Quốc, đã đạt được cột mốc mới trong điều kiện địa chất cực kỳ phức tạp.

Kho báu ẩn mình

Nhóm chuyên gia Trung Quốc cùng các thiết bị hiện đại đã xuyên qua 23 tầng, chạm tới hệ tầng Sinian có niên đại 540 triệu năm, đánh dấu lần đầu tiên hoạt động khoan đi vào "vùng cấm" sâu của lưu vực Tứ Xuyên.

Được khởi công vào tháng 7/2023, giếng khoan Shendi Chuanke 1 là giếng thăm dò khoa học đầu tiên tại lưu vực Tứ Xuyên đạt độ sâu 10.000 mét. Giếng khoan này nhằm mục đích khám phá các lĩnh vực khoa học trái đất chưa được biết đến, đóng vai trò là nguồn công nghệ gốc cho hoạt động thăm dò và phát triển dầu khí.

Trước khi dự án bắt đầu, các thành tạo dưới 7.000 mét trong khu vực vẫn hoàn toàn chưa được biết đến, khiến quá trình này giống như "mở túi mù". Nhiệt độ dưới lòng đất vượt quá 200 độ C khiến các dụng cụ khoan kim loại trở nên "mềm như bún", trong khi áp suất thành tạo vượt quá 130 megapascal - tương đương với trọng lượng của hơn một chục con voi đè lên một khu vực có kích thước bằng móng tay.

Trước đây, các tầng dưới 8.000 mét được coi là không thích hợp để tích tụ dầu khí do nhiệt độ và áp suất cực cao. Tuy nhiên, phân tích lõi đá Sinian thu được từ độ sâu hơn 9.500 mét cho thấy "các lỗ rỗng, khoang và vết nứt với các vỉa chứa phát triển tốt".

Theo CNPC, giếng Shendi Chuanke 1 là giếng khoan sâu hơn 10.000 mét thứ hai ở Trung Quốc, chỉ sau giếng Shendi Take 1 ở lưu vực Tarim thuộc Khu tự trị Duy Ngô Nhĩ Tân Cương, Tây Bắc Trung Quốc.

Giàn khoan tự động sâu 12.000 mét đầu tiên trên thế giới được sử dụng để khoan với gần 200 bộ phận tiên tiến do chính nước này sản xuất. Hệ thống làm mát và các công nghệ chủ chốt để khoan giếng dầu siêu sâu đã cho thấy hiệu suất được nâng cấp so với thiết bị khoan thông thường, mặc dù nhiệt độ và áp suất cao.

Chiều cao của giàn khoan là 82 mét, tương đương với chiều cao của một tòa nhà 24 tầng. So với giàn khoan thông thường, sức nâng của giàn khoan đã được nâng từ 300-400 tấn lên tối đa 900 tấn, có thể nâng cùng lúc 1.500 con lạc đà trưởng thành.

Giàn khoan được trang bị hệ thống xử lý tự động hoàn chỉnh với cánh tay robot phức tạp, giúp giảm chi phí nhân công và cải thiện đáng kể hiệu suất an toàn. Ngoài ra, giếng khoan này còn áp dụng hệ thống Internet vạn vật (IoT) toàn diện để giám sát thời gian thực và truyền tải từ xa trạng thái thiết bị cũng như các thông số vận hành.

Khám phá "chiến trường mới" dưới độ sâu 10.000 mét

Điều kiện khắc nghiệt của các tầng địa chất siêu sâu khiến việc khai thác dầu khí ở độ sâu 10.000 mét trở nên khó khăn. Thậm chí có người còn ví nhiệm vụ này không kém gì so với việc lên mặt trăng. Trước đây, các thiết bị khai thác dầu khí có khả năng hoạt động ổn định trong điều kiện khắc nghiệt này từ lâu đã bị các tập đoàn dịch vụ dầu khí nước ngoài độc quyền, và các công nghệ cốt lõi bị ngăn chặn nghiêm ngặt.

Trung Quốc đã nghiên cứu để giải quyết vấn đề "nút thắt cổ chai" này. Trong lĩnh vực cốt lõi là vật liệu bịt kín chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn, nhóm nghiên cứu đã tích hợp kiến thức từ nhiều ngành, bao gồm khoa học vật liệu và cơ học kết cấu, để phát triển thành công một thế hệ vật liệu bịt kín mới dựa trên hóa học perfluorinated không kết tinh, vật liệu phân tử gốm và polyme hữu cơ. Khả năng chịu nhiệt, áp suất và chống ăn mòn của chúng đạt tiêu chuẩn quốc tế hàng đầu. Trong quá trình sản xuất quan trọng bình giữ nhiệt chịu áp suất, nhóm nghiên cứu đã tập trung vào nguồn vật liệu và quy trình kết nối, sáng tạo phát triển quy trình hàn hợp kim titan nhiệt độ cực cao, cải thiện đáng kể độ tin cậy và tuổi thọ của các bộ phận chịu áp suất.

Độ méo tín hiệu truyền qua cáp dài 10.000 mét là thách thức cản trở độ chính xác của việc ghi nhật ký giếng sâu. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về 12 thông số cốt lõi, bao gồm điện kháng cáp, tốc độ truyền và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu.

Họ tìm ra công nghệ hiệu chỉnh suy hao tín hiệu tần số cao dựa trên thuật toán bù tín hiệu thích ứng. Họ cũng đã độc lập đạt được những đột phá trong các công nghệ then chốt như đồng bộ hóa xung nhịp và dịch chuyển băng tần, đồng thời thiết kế một mạch lọc kiểu π hiệu suất cao. Điều này cho phép truyền tín hiệu độ trung thực cao, không mất dữ liệu qua cáp siêu dài 13.000 mét, mở ra "đường dây cứu sinh" cho việc tải dữ liệu.

Thuật toán phần mềm xây dựng nên "bộ não mạnh mẽ nhất"

Bên cạnh đó, những đột phá về phần cứng chính là nền tảng. Để thiết bị có thể 'nhìn rõ' và nhận dạng chính xác trong các lớp địa chất sâu phức tạp và luôn thay đổi, nó phải được trang bị một 'bộ não' mạnh mẽ.

Họ đã phát triển các thuật toán đảo ngược dữ liệu tiên tiến và các phương pháp hiệu chỉnh độ lệch thích ứng, cải thiện đáng kể khả năng thích ứng của thiết bị với các điều kiện giếng khoan phức tạp. Để giải quyết vấn đề khó khăn là hình ảnh vi điện trở bị mờ trong các đoạn bùn bị nhiễm mặn cao, các nhà khoa học đã tạo ra quy trình hiệu chỉnh gia tốc và thuật toán phát hiện nhạy pha tích lũy trung bình tín hiệu nhỏ dưới giếng để cải thiện hơn nữa độ rõ nét của hình ảnh.

Việc tối ưu hóa và đổi mới hơn mười thuật toán cốt lõi đã cô đọng trí tuệ của nhóm R&D và trang bị cho "vũ khí hạng nặng quốc gia" này một "bộ não thông minh" mạnh mẽ, cho phép nó vẫn có thể xuất ra dữ liệu địa chất quan trọng có độ chính xác cao và độ ổn định cao trong môi trường giếng sâu cực kỳ phức tạp.