[科普中国]-深海钻探技术

深海钻探、开采技术主要指300米水深以下海域水下井口设施的定位、安装、控制技术，300米水深以下海域水下结构物稳定性设计、建造、控制技术等，以及深水钻探、开采技术安全性分析和风险控制；钻井、完井技术主要指海上油气田欠平衡钻井、完井技术；测井技术是指核磁共振测井技术。1

存在的问题深海钻探中出现的技术问题：

（1）钻探至海底之下600多米时，因岩性突然变硬，曾使钻头损坏。被迫离开原井位20多米，重新钻孔。

研究其原因是，船的升沉补偿精度仍不能精细控制，当船随波浪下降时，向上的补偿量不够，给井底钻头一个冲击力，致使将钻头压坏。

（2）有几个回次未能取上岩心，经研究改进后方再取出岩心。研究其原因是，底层特别松散，易被冲洗液冲蚀，难以形成岩心。后来取上岩心是半固结的地层比较容易取上岩心。

（3）曾因海浪较大，浪高达4米，钻探船被迫离开钻探井位，待浪小以后再回到原井位，继续钻探。

研究其原因是：钻探船升沉补偿能力为浪高3米，所以海浪达4米即超过了钻探船的补偿能力。1

主要内容我国海洋钻探目前主要开展下列几方面的工作：

1.南海大洋科学钻探

2.南海深水工程钻探

3.南海天然气水合物钻探

4.大洋固体矿产的勘探

5.南海深水石油钻探

南海大洋科学钻探我国于1998年正式加入大洋钻探计划，随后开展了2个航次的南海大洋科学钻探。

2014年1月29日至3月30日进行了国际大洋发现计划，IODP（lntegrated Ocean Drilling program）第349航次。该航次是IODP计划的首个航次。

共同首席科学家是同济大学李春峰教授，此轮南海大洋钻探一共完成5个钻位的取心，如同在海底打下了5颗“金钉子”获取了具有极高价值的岩心。钻探水深4000米最深处是黄岩岛附近4200米，向下钻探1000米。据决心号船上另一位首席科学家（美籍华人）说该孔深是大洋钻探第三个深孔纪录。

取得技术上的成就是：

（1）首次在南海4000米水深进行科学钻探。

（2）首次在南海深水钻探海底以下1000米。

（3）所钻最深井深5000多米，是ODP深海钻探中的第三个深井。

（4）首次在南海取得说明海底扩张形成的硬岩—玄武岩。

海洋深水工程钻探1、深海钻探用深水工程钻机

我国设计制造了拥有自主知识产权的深水工程钻机改变我国深海钻机受制于人的现状，提高我国重大装备研发能力，制造能力和集成能力，加快深海油气田的勘察，具有重要意义。

2、深水工程钻探船

目前南海深水油气开发前期地质调查水深为300 m以浅，大于300 m水深工程钻探需租用国外钻探船，取心工作量大，代价高。国内现制造了3000 m水深钻探船。

3、深水随钻取样技术

深水随钻取样技术在国内尚是空白，国外对我是技术严密封锁，产品是只租不卖，尚要外国技术人员现场服务，代价昂贵。更重要的是南海资源应由我国自主勘探和开发，以行使我国领海主权。深海钻探将为全国海洋科学家提供记录处于海表以下海底沉积物和岩中的地质和环境信息的巨大知识库。通过这些信息会使我们对地球的过去、现在和将来有更好的认识。

主要特点：

（1）在松软土层采用先进的压入式取样技术。

（2）在软硬地层中采用超前伸缩式取样技术。

（3）在破碎地层中采用射流式揽簧取样技术。

（4）模块式组合取样技术，实现钻头，钻杆不提出钻孔，即可更换取样模块。

技术要求：在3000米水深，蒲福7级风，在效波高3m和海流为2.5节的条件下能够实施取样作业。取样长度1.5m，取样直径≥Φ60mm，采取率：90%。

钻具性能：耐压22MPa，运动速度1.5m/s，外筒抗拉强度δb≥1080MPa，屈服强度δb≥930MPa，可承受最大扭矩802kN·m，外筒螺纹连接处最大应力为348MPa10Mpa）并有充足烃类气体连续补给和水参与下形成的一种矿物。所以在常温常压条件下极易挥发，要保持天然气水合物的原状样品，必须涉及保温保压的取样钻具。

该类型取样器设计的关键技术是取样管的密封机构。大致有2种：（1）球阀密封机构；（2）翻板式密封机构。

大洋固体矿产勘探1、海底固体矿产的勘探方法

占地球面积70%的海洋就是一个海底金属矿产资源的大宝库，除了油气等能源资源外，最具开发价值的应属大洋多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物三种潜在的海底多金属矿产资源。

目前多金属结核取样技术是箱式取样；结壳取样技术是深海钻探取样技术；硫化物取样常规手段是电视抓斗。

其中硫化物矿床的调查工作难度最大，一是硫化物矿床是三维分布的矿床，基本分布在海底两三千米以下，靠一般手段难以了解，最大技术瓶颈是钻探。

2、研制适合4000米深水钻探技术依据：

1）南海大洋科学钻探最大海水深度4200多米；

2）南海天然气水合物赋存的海水深度1200多米；

3）多金属硫化物矿床分布在海底水深3000米以下；

4）中海油工程勘察船708号设计水深3000米。

3、设计海底以下钻探1000米钻探技术依据：

1）南海大洋钻探最大海底以下钻探1000米左右；

2）南海天然气水合物赋存于海底以下225米左右；

3）多金属硫化物矿床赋存于海底以下300米左右；

4）中海油工程勘察船708号可钻海底以下600米。

因此，设计适用于深海水深4000米，海底以下1000米的钻探船，钻机及取样工具可满足南海浅部及深部的多种领域的需要。

南海石油钻探“南海是世界油气资源富集地区之一，是第二个波斯湾”美国能源信息局网站这样评价南海蕴藏的丰富资源。

在南海几乎所有西方大石油公司均涉足其中，建的油气井超过千口（有资料称约2千口）。而中国在2012年3月前在资源最密集的南沙海域没有一口井。

2012年5月9日中国首座代表当今世界最先进水平的第六代半浅式深水钻进平台“海洋石油981”，在南海荔湾区域1500米深的水下钻入地层，标志着我国“深水战略”由此迈出了实质性的一步，实现了零的突破，是中国成为第一个在南海自营勘探开发深水油气资源的国家，表明中国深水作业能力领先于亚洲其他国家。

9月15日中海油总公司宣布“海洋石油981”钻井平台，在南海北部深水区测试获得高产油气流，这是中国海域自营深水勘探的第一个重大油气发现。此次陵水17-2气田的发现不仅证明了我国南海丰富的油气资源潜力，也意味着我国已基本具备深水油气开发的能力。

“海洋石油981”为旗舰的“深水舰队”见图15、图16、图17，代表了当今世界海洋石油钻井平台技术的最高水平，创造了多项世界第一。

“海洋石油981”深水钻井平台长114米，宽98米，高137米，最大钻井深度10000米，最大作业水深3000米，海底以下可钻7000米。1

本词条内容贡献者为:

屈明 - 副研究员 - 西南大学