深海钻探技术南海科探

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。

深海钻探技术深水钻探

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348MPa<外筒材质的屈服强度930MPa。翻板式采取沙土样品可靠，射流式钻具取破碎样品，保真性好。

深海钻探技术南海钻探

中国地质调查局在南海北部成功钻获“可燃冰”。从而继美国、日本、印度之后的第四个采到水合物实物样品的国家。钻探采样的成功，标志着我国天然气水合物调查研究水平步入世界先进行列，即达到了国际先进水平，但其发展的瓶颈是钻探技术和设备，特别是关键技术——保温保压取样器，被世界各国都十分重视和保密技术，也是天然气水合物取样的核心技术。

1、天然气水合物的钻探设备和技术

全部采用荷兰惠固公司的钻探船和俄罗斯的取样技术。

2、天然气水合物取样的关键技术——保温、保压取样器

天然气水合物是在低温（0~10℃），高压（>10Mpa）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。

深海钻探技术大洋矿探

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。

深海钻探技术南海石探

“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。 2100433B

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

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。

深海钻探计划（DeepSeaDrillingProgram，DSDP）是1968年至1983年期间实施的一项海洋钻探计划，其目的是在世界大洋打大量不太深的钻井，采集沉积岩心，取得洋底地壳上层的资料。

钻探历史

1964年5月，迈阿密大学海洋科学研究所、哥伦比亚大学拉蒙特－多尔蒂地球观测所、加利福尼亚大学斯克里普斯海洋研究所及伍兹霍尔海洋研究所联合组成了地球深部取样海洋研究机构联合体（Joint Oceangraphic Institutions Deep Earth Sampling，JOIDES)，不久华盛顿大学加入联合体。1965年，JOIDES 在美国佛罗里达半岛东海岸钻了14口井，取得了一些很有价值的成果。1966年6月24日，美国国家科学基金会指定加利福尼亚大学斯克里普斯海洋研究所为 JOIDES 的操作单位，与之签订协议，由基金会提供1260万美元实施深海钻探计划，以取代耗资不菲的莫霍计划。1968年，深海钻探计划的专用钻探船，由环球海洋钻探公司建造的“格罗玛·挑战者号”建成下水并交付使用。

钻探实施过程

在1968年至1983年的15年里，“格罗玛·挑战者号”完成了96个钻探航次，总里程超过60×10公里，在624个钻位上钻探了1092个深海钻孔，采集深海岩心总长超过97公里，采集范围覆盖了除北冰洋之外的全球各大洋。随着第一阶段（1-9航次）、第二阶段（10-25航次）和第三阶段（26-44航次）的顺利展开，1975年，苏联、联邦德国、英国、日本等国也加入了该项计划，深海钻探计划进入了大洋钻探的国际协作阶段（International Phase of Ocean Drilling，IPOD）。1983年11月，“格罗玛·挑战者号”退役，接替它的是更加先进的“乔迪斯·决心号”，深海钻探计划也随之改称为大洋钻探计划。

一个主要的技术进步是在钻孔后扩大使用孔。钻探期间和之后进行了地球物理和地球化学测量，偶尔在孔中安装了长期的地震监测装置。这扩大了对板块构造涉及的动态过程的理解。另一项技术进步涉及1979年引进液压活塞芯（HPC），允许恢复几乎未受干扰的沉积物核心。这大大增强了科学家研究古代海洋环境的能力。

钻探成果

深海钻探计划最重要的成果就是验证了海底扩张学说和板块构造学说。此外还还根据海底钻探所取得岩心，重建了大西洋的海底扩张历史，提出距今约9000万年前，南极洲与澳洲、南美洲先后脱离，逐步形成了大西洋。还证明了印度板块曾以超过10cm/a的速度向北漂移，在近6500万年移动了4500km。

1957年，美国科学家W.H.蒙克和H.H.赫斯倡议用深海钻孔穿过莫霍面，以研究地幔的物质组成，这就是“莫霍计划”(MOHOLE)。该计划于1961年在美国加利福尼亚湾外试钻，接着在墨西哥西岸外钻到了玄武岩，以后虽因多种原因中途夭折，但为深海钻探积累了经验。

1964年，由美国斯克里普斯海洋研究所等五个单位联合发起组成“地球深层取样联合海洋机构”(JOIDES)，并提出了深海钻探计划，1965年在美国东海岸的布莱克海台试钻成功。1966年6月,斯克里普斯海洋研究所从美国科学基金会接受任务，筹备开展一项以浅层取样为目的的深海钻探计划(DSDP)、技术上受JOIDES指导。由有动力定位设备的“格洛玛·挑战者”号钻探船负责钻探。

1968年8月，“格洛玛·挑战者”号首航墨西哥,深海钻探计划正式开始。它用五年半的时间完成了三期钻探计划。由于该计划执行以来取得了显著成果，因而苏联、联邦德国、法、英、日等国相继加入JOIDES，深海钻探计划进入国际合作的新时代，即大洋钻探国际协作阶段（IPOD），又称“国际大洋钻探计划”。IPOD是深海钻探计划的第四阶段，它继续延用DSDP的航次和编号，1975年12月第45航次开始了国际大洋钻探计划的钻探活动，重点研究洋壳的组成、结构和演化。

成就　从1968年8月11日开始至1983年11月计划结束，“格洛玛·挑战者”号船完成了96个航次，钻探站位624个，实际钻井逾千口，航程超过60万公里，回收岩心9.5万多米。除冰雪覆盖的北冰洋以外，钻井遍及世界各大洋。深海钻探的原始资料与成果按每个航次一卷汇编成《深海钻探计划初步报告》(InitialReportsoftheDeepSeaDrillingProject),至1985年已出版80余卷。2100433B

深海钻探计划DeepSeaDrillingProject20世纪60年代中期开始的一项全球性大洋钻探计划,是指在大洋和深海区进行钻探,...深海钻探的原始资料与成果按每个航次一卷汇编成《深海钻探计划初步报告》(InitialReportsoftheDeepSeaDrilling...