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有一种钻机,扎根深海底部

2019-9-4 8:49:58 来源:中国矿业报 作者:刘协鲁 梁涛

说起钻机,我们都会想到在茫茫的戈壁滩上或者大山深处,矗立着高高的钻井架,人们围绕着钻机,紧张而有序地进行钻进的场景。但很多人都不知道,有这么一种钻机,能够沉在海底进行钻进,为科学家们探索未知的海域,这就是我们今天要介绍的海底钻机。

海底钻机是一种在海底工作的钻探设备,钻探系统完全沉没在海水中进行钻进。其工作过程大致为当搭载船舶航行至钻探位置后,将海底钻机放至海底,利用脐带缆实现船舶对钻机的远程控制和能量供应,通过伸缩支腿调平钻机底盘后,开始进行钻进与取芯。与传统的海洋钻机相比,海底钻机体积小,不需要依靠专门的钻探船或钻井平台,对船舶的适应能力强,钻探成本低,效率高。目前,在海底资源调查、海洋科学考察等活动中,海底钻机已成为不可或缺的重要装备。

德国MeBo海底钻机

历史上出现的第一台海底钻机已经无从考证。但在20世纪50年代后,就涌现出一批实用化的海底钻机,然而受限于当时技术的发展,它们仅能在浅海使用,且功能单一、智能化程度低。直到20世纪90年代后,随着传感器、通讯、机电控制等技术的发展,海底钻机发生了质的飞跃,作业深度、钻探深度、智能化等性能均有明显提高。目前,国际上依据钻进深度将海底钻机分为了三类,即钻孔深度小于5m的统称为海底浅孔岩芯取样钻机,钻孔深度在5~50m的统称为海底中深孔岩芯取样钻机,钻孔深度在50m及以上的统称为海底深孔岩芯取样钻机。目前,世界上最先进的海底钻机已能钻至海底200m。

迄今为止,美国、德国、澳大利亚、加拿大等国家早已先后研发出多种海底深孔岩芯取样钻机,钻机性能逐渐提高和完善。美国在2010年和2011年先后研发交付了ACS(Automatic Coring System)和A-BMS海底钻机,钻探能力均达到100m,而且配备了保压取样器和其他特殊钻探工具。MeBo是德国研制海底钻机,经过不断升级改造,钻探能力将扩大到200m,并增加了保压取芯功能。CRD100是加拿大开发的一种多功能海底钻机,采用绳索取芯方式可进行65m连续取芯,裸孔钻进127m,此外还可开展120m实时静力触探测试。

我国对海底钻机的研发起步较晚——2000年在科技部、中国大洋协会的支持下,第一台海底钻机开始研制,2003年首台样机研制成功,随后在我国大洋钻探中开始应用,并不断升级改进。目前,国内较为先进的海底钻机是“海牛号”海底中深孔岩芯取样钻机, 2015年该型钻机在海试中首次实现了在水深超过3000m的深海海底,对海床进行60m钻探。

现如今,由于在深海矿产资源勘探、开发和利用方面竞争日趋激烈,海底钻机越来越受到各国的重视。为了满足科学家们在钻进过程中最大程度获取地层信息的需求,海底钻机钻孔深度越来越深,从最开始的几十厘米到近200m;功能不断向多元化发展,从最开始的只能钻探获取岩心到现在能够进行原位测试。我国海底钻机的研制才刚刚起步,从最初的浅地层钻机,到现如今的中深孔钻机,以及正在研制中的深孔钻机。我们相信,随着国家对海洋资源的高度重视,我国海底钻机的发展将很快达到世界先进技术水平。□

(作者单位:中国地质调查局北京探矿工程研究所)

网站编辑:宫莉

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