深海鑽探技術

深海鑽探、開採技術主要指300米水深以下海域水下井口設施的定位、安裝、控制技術，300米水深以下海域水下結構物穩定性設計、建造、控制技術等，以及深水鑽探、開採技術安全性分析和風險控制；鑽井、完井技術主要指海上油氣田欠平衡鑽井、完井技術；測井技術是指核磁共振測井技術。

基本介紹

• 中文名：深海鑽探技術
• 外文名： deep-sea drilling technology
• 深度：300米水深以下海域
• 代表：格洛瑪·挑戰者”號鑽探船
• 實質：井口設施的定位、安裝、控制技術
• 學科：海洋學

存在問題

深海鑽探中出現的技術問題：

（1）鑽探至海底之下600多米時，因岩性突然變硬，曾使鑽頭損壞。被迫離開原井位20多米，重新鑽孔。

研究其原因是，船的升沉補償精度仍不能精細控制，當船隨波浪下降時，向上的補償量不夠，給井底鑽頭一個衝擊力，致使將鑽頭壓壞。

（2）有幾個回次未能取上岩心，經研究改進後方再取出岩心。研究其原因是，底層特別鬆散，易被沖洗液沖蝕，難以形成岩心。後來取上岩心是半固結的地層比較容易取上岩心。

（3）曾因海浪較大，浪高達4米，鑽探船被迫離開鑽探井位，待浪小以後再回到原井位，繼續鑽探。

研究其原因是：鑽探船升沉補償能力為浪高3米，所以海浪達4米即超過了鑽探船的補償能力。

主要內容

我國海洋鑽探目前主要開展下列幾方面的工作：

1.南海大洋科學鑽探

2.南海深水工程鑽探

3.南海天然氣水合物鑽探

4.大洋固體礦產的勘探

5.南海深水石油鑽探

技術套用

南海科探

我國於1998年正式加入大洋鑽探計畫，隨後開展了2個航次的南海大洋科學鑽探。

2014年1月29日至3月30日進行了國際大洋發現計畫，IODP（lntegrated Ocean Drilling program）第349航次。該航次是IODP計畫的首個航次。

共同首席科學家是同濟大學李春峰教授，此輪南海大洋鑽探一共完成5個鑽位的取心，如同在海底打下了5顆“金釘子”獲取了具有極高價值的岩心。鑽探水深4000米最深處是黃岩島附近4200米，向下鑽探1000米。據決心號船上另一位首席科學家（美籍華人）說該孔深是大洋鑽探第三個深孔紀錄。

取得技術上的成就是：

（1）首次在南海4000米水深進行科學鑽探。

（2）首次在南海深水鑽探海底以下1000米。

（3）所鑽最深井深5000多米，是ODP深海鑽探中的第三個深井。

（4）首次在南海取得說明海底擴張形成的硬岩—玄武岩。

深水鑽探

1、深海鑽探用深水工程鑽機

我國設計製造了擁有自主智慧財產權的深水工程鑽機改變我國深海鑽機受制於人的現狀，提高我國重大裝備研發能力，製造能力和集成能力，加快深海油氣田的勘察，具有重要意義。

2、深水工程鑽探船

目前南海深水油氣開發前期地質調查水深為300 m以淺，大於300 m水深工程鑽探需租用國外鑽探船，取心工作量大，代價高。國內現製造了3000 m水深鑽探船。

3、深水隨鑽取樣技術

深水隨鑽取樣技術在國內尚是空白，國外對我是技術嚴密封鎖，產品是只租不賣，尚要外國技術人員現場服務，代價昂貴。更重要的是南海資源應由我國自主勘探和開發，以行使我國領海主權。深海鑽探將為全國海洋科學家提供記錄處於海表以下海底沉積物和岩中的地質和環境信息的巨大知識庫。通過這些信息會使我們對地球的過去、現在和將來有更好的認識。

主要特點：

（1）在鬆軟土層採用先進的壓入式取樣技術。

（2）在軟硬地層中採用超前伸縮式取樣技術。

（3）在破碎地層中採用射流式攬簧取樣技術。

（4）模組式組合取樣技術，實現鑽頭，鑽桿不提出鑽孔，即可更換取樣模組。

技術要求：在3000米水深，蒲福7級風，在效波高3m和海流為2.5節的條件下能夠實施取樣作業。取樣長度1.5m，取樣直徑≥Φ60mm，採取率：90%。

鑽具性能：耐壓22MPa，運動速度1.5m/s，外筒抗拉強度δb≥1080MPa，屈服強度δb≥930MPa，可承受最大扭矩802kN·m，外筒螺紋連線處最大應力為348MPa<外筒材質的屈服強度930MPa。翻板式採取沙土樣品可靠，射流式鑽具取破碎樣品，保真性好。

南海鑽探

中國地質調查局在南海北部成功鑽獲“可燃冰”。從而繼美國、日本、印度之後的第四個採到水合物實物樣品的國家。鑽探採樣的成功，標誌著我國天然氣水合物調查研究水平步入世界先進行列，即達到了國際先進水平，但其發展的瓶頸是鑽探技術和設備，特別是關鍵技術——保溫保壓取樣器，被世界各國都十分重視和保密技術，也是天然氣水合物取樣的核心技術。

1、天然氣水合物的鑽探設備和技術

全部採用荷蘭惠固公司的鑽探船和俄羅斯的取樣技術。

2、天然氣水合物取樣的關鍵技術——保溫、保壓取樣器

天然氣水合物是在低溫（0~10℃），高壓（>10Mpa）並有充足烴類氣體連續補給和水參與下形成的一種礦物。所以在常溫常壓條件下極易揮發，要保持天然氣水合物的原狀樣品，必須涉及保溫保壓的取樣鑽具。

該類型取樣器設計的關鍵技術是取樣管的密封機構。大致有2種：（1）球閥密封機構；（2）翻板式密封機構。

大洋礦探

1、海底固體礦產的勘探方法

占地球面積70%的海洋就是一個海底金屬礦產資源的大寶庫，除了油氣等能源資源外，最具開發價值的應屬大洋多金屬結核、富鈷結殼和多金屬硫化物三種潛在的海底多金屬礦產資源。

目前多金屬結核取樣技術是箱式取樣；結殼取樣技術是深海鑽探取樣技術；硫化物取樣常規手段是電視抓鬥。

其中硫化物礦床的調查工作難度最大，一是硫化物礦床是三維分布的礦床，基本分布在海底兩三千米以下，靠一般手段難以了解，最大技術瓶頸是鑽探。

2、研製適合4000米深水鑽探技術依據：

1）南海大洋科學鑽探最大海水深度4200多米；

2）南海天然氣水合物賦存的海水深度1200多米；

3）多金屬硫化物礦床分布在海底水深3000米以下；

4）中海油工程勘察船708號設計水深3000米。

3、設計海底以下鑽探1000米鑽探技術依據：

1）南海大洋鑽探最大海底以下鑽探1000米左右；

2）南海天然氣水合物賦存於海底以下225米左右；

3）多金屬硫化物礦床賦存於海底以下300米左右；

4）中海油工程勘察船708號可鑽海底以下600米。

因此，設計適用於深海水深4000米，海底以下1000米的鑽探船，鑽機及取樣工具可滿足南海淺部及深部的多種領域的需要。

南海石探

“南海是世界油氣資源富集地區之一，是第二個波斯灣”美國能源信息局網站這樣評價南海蘊藏的豐富資源。

在南海幾乎所有西方大石油公司均涉足其中，建的油氣井超過千口（有資料稱約2千口）。而中國在2012年3月前在資源最密集的南沙海域沒有一口井。

2012年5月9日中國首座代表當今世界最先進水平的第六代半淺式深水鑽進平台“海洋石油981”，在南海荔灣區域1500米深的水下鑽入地層，標誌著我國“深水戰略”由此邁出了實質性的一步，實現了零的突破，是中國成為第一個在南海自營勘探開發深水油氣資源的國家，表明中國深水作業能力領先於亞洲其他國家。

9月15日中海油總公司宣布“海洋石油981”鑽井平台，在南海北部深水區測試獲得高產油氣流，這是中國海域自營深水勘探的第一個重大油氣發現。此次陵水17-2氣田的發現不僅證明了我國南海豐富的油氣資源潛力，也意味著我國已基本具備深水油氣開發的能力。

“海洋石油981”為旗艦的“深水艦隊”見圖15、圖16、圖17，代表了當今世界海洋石油鑽井平台技術的最高水平，創造了多項世界第一。

“海洋石油981”深水鑽井平台長114米，寬98米，高137米，最大鑽井深度10000米，最大作業水深3000米，海底以下可鑽7000米。