「地球深部」に入り込み、技術革新を追求することが鍵

7月20日午前、四川省広元市江閣県で、四川盆地初の1万メートルの深さの井戸「深地千川科1号井戸」が掘削され、設計井戸深度は1万520メートルとなった。これは、今年5月30日に新疆ウイグル自治区タリム盆地で掘削された「深地層タコ1号井」に続き、わが国で掘削された2番目の1万メートルの深さの井戸である。 「ディープアースタコ1号井戸」の設計深度は11,100メートルで、我が国の「10,000メートル深井戸」時代の幕開けを告げた。掘削完了期間は457日で、深さ1万メートルの井戸を掘削する最短期間として世界記録を樹立することになる。

近年、我が国は地球深部への進出を継続し、「深部地球」開発の記録を何度も更新し、度々成功を収めています。シノペックは5月1日午前、タクラマカン砂漠の端に掘削した「地球深部1号」超深度油ガス井「月金3-3XC油ガス井」の掘削を開始した。この井戸は、エベレストの標高より620メートル高い9,472メートルの深さまで掘削される予定で、アジアで最も深い石油・ガス井戸の記録を更新することになる。 5月2日午前、タクラマカン砂漠の中心部に位置する深さ8,591メートルのもう一つの超深井戸、順北10号傾斜井「深地球1号」が完成し、坑井開削試験で高収量の石油とガスの流出が確認された。

タリム盆地は我が国最大の内陸石油・ガス盆地です。中央部のタクラマカン砂漠には現在、深さ8,000メートルを超える井戸が120本、6,000メートルを超える深井戸が1,700本以上あり、同国の超深井戸の80％以上、石油・ガス生産量の52％以上を占めている。これらの井戸にはすべて共通の使命があり、それは砂漠の何千メートルも下に埋まっている石油とガスを「掘り出す」ことです。この作業は「深部地球工学」としても知られています。 2022年8月、シノペック・タリム油田は、我が国の深層地球探査分野における主要プロジェクトであるタリム盆地での「深層地球工学」掘削の実施を開始しました。

空に昇り、地に飛び込み、海に飛び込み、そして山頂に登ることは、人類が自然を理解し探求する上での四大偉業です。 「地球深部」の魅力とは？そこには青い惑星地球の無限の謎と、未知への人類の強い好奇心が隠されているからです。地球深部探査の実施、地球深部科学理論の革新、地球深部探査技術の開発、地球深部に関する謎の解明は、エネルギー資源や生活空間など人類が直面する基本的な問題を解決するための重要な道となっている。したがって、「地球深部」への進出は地球科学の発展における必然的な流れであり、地球深部掘削はこれらの謎を覗くための主な手段です。

国際共通規格によれば、掘削深度が4,500～6,000メートルの井戸は深井戸、6,000～9,000メートルの井戸は超深井戸、9,000メートルを超える井戸は超深井戸とされています。現在、世界には深さ1万メートルを超える超深井戸が3つある。

我が国の「深宇宙」では宇宙船の月面着陸を実現し、「深海」では有人潜水艇が海洋の最深部に到達し、またとうの昔に極地に到達していますが、「地球深部」探査はまだ1万メートルを突破していません。限界を超え、1万メートルの超深井戸を掘削することは、我が国が高度な科学技術の自立を達成するための不可欠な要件です。

「石炭は豊富だが、石油は乏しく、ガスはほとんどない」というのが、我が国のエネルギー開発が直面している現状です。新エネルギーが大規模に導入される前は、化石エネルギーは依然として経済社会の発展にとって重要な資源であり、わが国の地下深部の石油とガスの83％はまだ探査・開発されていません。国家のエネルギー安全保障を確保するためには、地球深部への進出は避けられない選択となっている。

地球に入るための重要な手段の一つとして、深層掘削は地球の奥深くまで入り込む「望遠鏡」とみなされています。地球の平均半径は6,371キロメートルであることが知られていますが、人類が地球深部を掘削できる垂直の深さはわずか12.262キロメートルです。これは、人類が300年かけて地球の中心部の0.2%未満を掘ってきたことを意味します。地球を卵に例えると、卵の殻さえもまだ穴が開いていないので、地球の奥深くまで進むのは空に到達するのと同じくらい難しいことです。

では、地球深部への進出の難しさは何でしょうか?最初の課題は高温と高圧です。掘削深度が増すにつれて、地層の温度と圧力は徐々に上昇します。 1万メートル層の200℃を超える高温により、金属製の掘削工具は麺のように柔らかくなり、大気圧の約1,300倍、さらには10万気圧を超える高圧環境は、工具、設備、エンジニアリング材料などに前例のない課題をもたらします。同時に、坑井内の何千本もの連結されたドリルパイプがドリルビットに動力を伝達する際、600〜700トンの重量も掘削リグに大きな負荷をもたらします。掘削作業自体も、漏洩、崩壊、固着など、多くの「地獄の門」に遭遇します。

タリム盆地と四川盆地では、我が国の深部掘削のほとんどはさらに困難です。今年掘削されたタリム盆地と四川盆地の超深井戸は、13の世界的な工事難易度指標を満たし、そのうち高温、高圧、高硫黄含有量など7つの指標で世界第1位となった。

したがって、地球深部への進出の過程では、技術的なブレークスルーを追求することが鍵となります。掘削の深さが深くなるほど、より高度な技術が必要になります。近年、中国石油化工集団が独自に開発した回転式地質誘導掘削システムは国際先進レベルに達し、独自に開発した高温高圧検層機器は外国の技術独占を打ち破り、「掘れない」状態から「正確に掘れる」「速く掘れる」状態への飛躍を実現した。これらすべてにより、我が国本土の科学的掘削は世界の深部地質学研究の最前線に立つようになりました。

（著者は湖南科学作家協会の会員です）