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鉆破萬米解乾坤
——探秘“夢(mèng)想”號(hào)大洋鉆探船鉆采系統(tǒng)
◎? 本報(bào)記者 潘冰
登上“夢(mèng)想”號(hào)大洋鉆探船,，最引人注目的就是坐落在船體中央,、高聳挺拔的巨大鉆機(jī)——全球首臺(tái)兼具油氣鉆探勘探和巖心鉆取功能的液壓舉升鉆機(jī)，也是“夢(mèng)想”號(hào)大洋鉆探船鉆采系統(tǒng)的核心裝備,。
作為我國科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合國際頂級(jí)油氣鉆機(jī)企業(yè)集智攻關(guān)的成果,，“夢(mèng)想”號(hào)大洋鉆探船鉆采系統(tǒng)最大的標(biāo)簽就是“全球領(lǐng)先”,。除了“鉆”“取”皆宜的鉆機(jī),，它還集成了4種鉆探模式和3種取心方式,，最大鉆深可達(dá)11000米。從此,，“打穿地殼，進(jìn)入地球深部”不再只是科學(xué)家們遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想,。
研發(fā)：關(guān)關(guān)難過關(guān)關(guān)過
“夢(mèng)想”號(hào)在立項(xiàng)時(shí)就瞄準(zhǔn)了兩大任務(wù),，一是大洋鉆探，二是深海資源勘探,。然而,，雖然同屬鉆井工程領(lǐng)域，但這兩大任務(wù)的作業(yè)環(huán)境,、任務(wù)目的和設(shè)備需求等不盡相同,。一直以來,，國際上都是采用不同的作業(yè)方案來完成。
在充分考量和論證后,，“夢(mèng)想”號(hào)的設(shè)計(jì)者們提出了一個(gè)大膽的想法：既然已有鉆采系統(tǒng)無法同時(shí)滿足深海資源勘探和大洋鉆探需求,，那我們就自主設(shè)計(jì)一個(gè)，推進(jìn)深海探測(cè)鉆探關(guān)鍵核心技術(shù)裝備國產(chǎn)化,。
這是一個(gè)毫無先例可以借鑒的領(lǐng)域,，想把那么多功能集中在一臺(tái)鉆機(jī)上，難度可想而知,。
首當(dāng)其沖的是“缺人”,。彼時(shí)，中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局幾乎全員出動(dòng),，但仍存在巨大的專業(yè)技術(shù)人員缺口,。關(guān)鍵時(shí)刻，中國地質(zhì)調(diào)查局當(dāng)機(jī)立斷協(xié)調(diào)全局優(yōu)勢(shì)力量確保項(xiàng)目順利推進(jìn),，勘探技術(shù)研究所,、北京探礦工程研究所等多家局屬單位借調(diào)專業(yè)技術(shù)人員加入項(xiàng)目組，許多國內(nèi)油氣裝備企業(yè)也遞來了合作“橄欖枝”,?！皡⑴c‘夢(mèng)想’號(hào)鉆采系統(tǒng)的建造工作，我才真正理解什么是‘集中力量辦大事’,?！薄皦?mèng)想”號(hào)監(jiān)造組鉆采分組組長馮起贈(zèng)感慨道。
水合物專用測(cè)試模式
接下來,，設(shè)計(jì)方向又成了新的攔路虎,。由于時(shí)間緊、任務(wù)重,，為了保證后續(xù)的建造和應(yīng)用少走彎路,，必須從一開始就做好規(guī)劃，對(duì)設(shè)計(jì)方案,、技術(shù)路線的選擇都要慎之又慎,。為此，鉆采分組深入全國鉆井一線調(diào)研,，訪遍國內(nèi)油氣裝備企業(yè),，召開了無數(shù)次專家咨詢會(huì)。其間也有意見分歧的時(shí)候,，他們就組織召開論證會(huì),，邀請(qǐng)?jiān)菏繉＜椰F(xiàn)場點(diǎn)評(píng)分析方案，最終選出最優(yōu)解,。
根據(jù)“小噸位,、多功能,、模塊化”的設(shè)計(jì)理念，“夢(mèng)想”號(hào)需要以4萬噸級(jí)船舶的級(jí)別去實(shí)現(xiàn)國際上2艘6萬到8萬噸級(jí)船舶或深海平臺(tái)的功能,，原本的研發(fā)設(shè)計(jì)復(fù)雜程度提高了一個(gè)臺(tái)階,，各類難題接踵而至。為此,，“夢(mèng)想”號(hào)建造團(tuán)隊(duì)成立了鉆機(jī)攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì),、高壓泥漿攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)、低壓泥漿及散料攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì),、巖心傳輸系統(tǒng)攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)等一系列專項(xiàng)攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì),，成功啃下了一塊又一塊硬骨頭，讓“夢(mèng)想”號(hào)鉆采系統(tǒng)一步步從藍(lán)圖變?yōu)橛|手可及的現(xiàn)實(shí),。
傳統(tǒng)隔水管模式
領(lǐng)先：“4+3”創(chuàng)新集成
如果說,，“夢(mèng)想”號(hào)鉆采系統(tǒng)最大的亮點(diǎn)是什么？答案無疑是創(chuàng)新集成4種鉆探模式和3種取心方式,。
據(jù)介紹,，除了用于海洋油氣開采的傳統(tǒng)隔水管模式，“夢(mèng)想”號(hào)鉆采系統(tǒng)還具備水合物專用測(cè)試模式,、傳統(tǒng)無隔水管模式和無隔水管閉式循環(huán)模式,，能滿足深海資源勘探和大洋鉆探取心的不同作業(yè)需求。
其中,，傳統(tǒng)隔水管模式是海洋油氣開采的“標(biāo)配”,，通過隔水管把海底和鉆探船連接起來。
水合物專用測(cè)試模式,，顧名思義是為水合物試采專門設(shè)計(jì)的一種輕型隔水管系統(tǒng),，能減輕設(shè)備負(fù)擔(dān)，降低鉆探成本,。
傳統(tǒng)無隔水管模式由于沒有隔水管的負(fù)重,，鉆桿可以達(dá)到更大的深度（水深最高可達(dá)8000米），適合深海鉆探任務(wù),。
無隔水管閉式循環(huán)模式是鉆采系統(tǒng)的一大技術(shù)革新點(diǎn),。傳統(tǒng)無隔水管模式下加入的泥漿一般會(huì)直接排到海里，既污染環(huán)境又增加成本,?！皦?mèng)想”號(hào)鉆采系統(tǒng)中配置了泥漿循環(huán)管線，通過水下泵將泥漿抽回到船上,，再進(jìn)行過濾等處理，實(shí)現(xiàn)泥漿循環(huán)利用,。該模式具有成本低,、污染小等特點(diǎn),，進(jìn)一步拓寬了鉆機(jī)的應(yīng)用范圍。
舉升系統(tǒng)
取心是大洋鉆探研究中至關(guān)重要的環(huán)節(jié),。從海底取出的巖心就像是一部部記錄著地球歷史的“書籍”,，包含著豐富的地質(zhì)信息。
為了高效,、完整取心,，項(xiàng)目組可謂煞費(fèi)苦心，集成了3種取心模式,，可實(shí)現(xiàn)不同地層和巖體持續(xù)鉆進(jìn)取心,。一是提鉆取心，即把整根鉆桿從鉆孔中提出來,，從而取出暫存在鉆桿最底端的巖心,。二是繩索取心，即通過鋼絲繩從鉆桿內(nèi)取出巖心,，雖然有很多限制條件且操作稍顯繁瑣,，但由于不需要將整個(gè)鉆桿拉出鉆孔，從而節(jié)約了時(shí)間和成本,，適合較深鉆深的取心操作,。三是氣舉反循環(huán)取心，通過往上部鉆桿內(nèi)注入空氣,，降低上部鉆桿內(nèi)的液體密度,，使上部和下部液體產(chǎn)生密度差，這樣上部的液體會(huì)往上“舉”,，帶動(dòng)下部的鉆井液和巖心被“吸”上來,。
同時(shí)，“夢(mèng)想”號(hào)鉆采系統(tǒng)還創(chuàng)新性引入模塊化設(shè)計(jì)思路,，根據(jù)不同任務(wù)搭載不同的任務(wù)模塊,，并可快速切換。這種設(shè)計(jì)賦予了“夢(mèng)想”號(hào)神奇的“變形能力”,，使其在面對(duì)復(fù)雜多變的任務(wù)需求時(shí)能夠游刃有余,。
無隔水管閉式循環(huán)模式
目標(biāo)：鉆深萬米不再只是夢(mèng)想
在“夢(mèng)想”號(hào)所有數(shù)據(jù)中，“最大鉆深11000米”可能是最令全球科學(xué)家激動(dòng)的一個(gè)參數(shù),。
為什么是11000米,？北京探礦工程研究所海洋地質(zhì)鉆探室主任阮海龍解釋道，“打穿地殼,、進(jìn)入地球深部”是全球科學(xué)家的共同夢(mèng)想,。全球各處的地殼厚度有明顯差異，陸地上通常厚一些，平均厚度可達(dá)33千米,，海底相對(duì)薄一些,，平均厚度只有6000米?？茖W(xué)家們普遍認(rèn)為,，大洋中脊是海底地殼的生成區(qū)域，也是海底地殼較薄的地區(qū),，適宜開展大洋鉆探,。“這個(gè)地方水深4000至5000米左右,，地殼厚度是6000米左右,，所以我們的目標(biāo)定在了11000米?！?/p>
從船底向下探出11000米,，這必然是一個(gè)大工程。通過創(chuàng)新技術(shù)裝備,、優(yōu)化工藝流程,，鉆采分組不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)定目標(biāo)，還將綜合鉆探效率,、硬巖鉆進(jìn)能力提升了40%以上,。
“我們采用的是全球第三代油缸液壓舉升式超深水鉆機(jī)，特點(diǎn)是速度快,，結(jié)構(gòu)緊湊,，安全性高?！碧崞疬@臺(tái)鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì),，“夢(mèng)想”號(hào)監(jiān)造組鉆采分組副組長田烈余如數(shù)家珍。
速度快是因?yàn)椴捎糜透字苯优e升/下放,，最大可以達(dá)到2.6米/秒,，大幅節(jié)約了起鉆和下鉆的時(shí)間。尤其是在遇到硬巖地層需要頻繁更換鉆頭時(shí),，這種提升效果更加明顯,。此外，井口配套了自動(dòng)化工具,，如鐵鉆工,、動(dòng)力卡瓦、液壓吊卡等,，也可以更好地匹配快速起下鉆作業(yè),。
傳統(tǒng)無隔水管模式
結(jié)構(gòu)緊湊是因?yàn)槭∪チ藗鹘y(tǒng)鉆機(jī)絞車,、天車、游車等大型設(shè)備,，同時(shí)把補(bǔ)償系統(tǒng)集成在舉升系統(tǒng)里面,，節(jié)省了鉆臺(tái)的空間。
安全性高是因?yàn)樵黾恿舜罅恐悄芘袛?、互鎖和自動(dòng)化管理等輔助系統(tǒng)，可以有效減少人為誤操作和誤判,，大幅提高工作過程中的安全性,。
“好馬還得配好鞍。現(xiàn)在,，我們正在給‘夢(mèng)想’號(hào)鉆采系統(tǒng)配套各種量身定制的工具,，包括更適合在高溫高壓環(huán)境下工作的鉆頭、鉆桿等,?！比詈｝堁a(bǔ)充道，“我們最終的目的可不是把鉆頭鉆下去,，更要把巖心快速,、完整地取上來?！?/p>
繩索取心
“有了‘夢(mèng)想’號(hào),，我們對(duì)我國大洋鉆探事業(yè)的未來也有了更多期待、更多底氣,?！痹诓稍L了解“夢(mèng)想”號(hào)鉆采系統(tǒng)的過程，不止一位專家發(fā)出這樣的感慨,。
的確,，“夢(mèng)想”號(hào)鉆采系統(tǒng)大幅提升了我國深海進(jìn)入、深海探測(cè),、深海開發(fā)的能力,。擁有這樣一套系統(tǒng)，就像是擁有了一把打開“莫霍面”,、探索地球深部的鑰匙,。我們期待這把鑰匙在未來大放異彩，船憑壯志巡滄海,，鉆破萬米解乾坤,。
評(píng)論
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