天津探海股份有限公司

海底勘探海洋勘察船鉆井取樣技術(shù)

2011 年 10 月，由寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司為 “海洋石油 708”勘察船研制的深水勘察鉆井及取樣系統(tǒng)，作為我國深水重大科技攻關(guān)的綜合配套項(xiàng)目之一，可適應(yīng) 3 000 m 水深、海底最大鉆深 600 m 的鉆探取樣作業(yè)需求。 其作業(yè)過程為: 當(dāng)勘察船駛?cè)肽繕?biāo)海域后，首先通過鉆井系統(tǒng)對海床進(jìn)行鉆孔，在鉆孔過程中通過鉆井泵向鉆桿內(nèi)孔中噴注循環(huán)海水，使鉆桿與井眼的環(huán)孔巖屑及時排出，方便持續(xù)鉆進(jìn)。當(dāng)鉆到海床以下目標(biāo)層位時，由一條電纜將取樣及測試裝置通過鉆井系統(tǒng)頂部驅(qū)動裝置上方的喇叭口，沿著鉆桿內(nèi)孔下放到海底進(jìn)行取樣測試作業(yè)。其配套的取樣測試工具是一種通過電纜操作控制的井下液壓裝置，泥面以下的鉆具質(zhì)量和海底基盤將為測試探頭和液壓取樣管提供反力，可在鉆井全深度范圍內(nèi)進(jìn)行作業(yè)。這種作業(yè)模式的系統(tǒng)復(fù)雜，配套設(shè)備多，運(yùn)行成本高。

海底勘探電視抓斗勘探技術(shù)

電視抓斗勘探技術(shù)是通過科考船上的鎧裝電纜將抓斗下放至海底，以程序指令控制抓斗的開合來實(shí)施勘探作業(yè)。該裝置主要用于海底淺表層的勘探取樣，其驅(qū)動型式為水下液壓驅(qū)動，控制方式為甲板操作與自動控制相結(jié)合，抓斗最大工作水深6000 m，動力功率可達(dá) 4kW，抓樣面積大于1m ，可抓取200 kg 以上的樣品，抓斗質(zhì)量約2. 2 t。電視抓斗主要由抓斗機(jī)械裝置、鎧裝電纜和控制系統(tǒng)組成。抓斗上還裝有海底電視攝像頭、光源和電源等輔助裝置。在勘探作業(yè)過程中，用 A 吊將抓斗下放到離海底5 m 左右的高度，此時科考船慢速航行并通過船上的顯視器尋找采樣目標(biāo)，當(dāng)找到目標(biāo)時立即下放抓斗，準(zhǔn)備抓取樣品。電視抓斗的開啟與關(guān)閉通過抓斗內(nèi)的液壓機(jī)械手完成。在勘探作業(yè)時，首先利用甲板監(jiān)控平臺，在觀測海底地貌特征和海底樣品圖像的基礎(chǔ)上，通過控制電視抓斗水下作業(yè)狀態(tài)，使動力機(jī)械抓斗實(shí)現(xiàn)海底目標(biāo)樣品的準(zhǔn)確采集。2009 年 12 月 “大洋一號”科考船執(zhí)行 DY21 航次第四航段的大西洋洋中脊考察任務(wù)，在南大西洋洋中脊上利用我國自行研制的深海電視抓斗，首次獲取塊狀熱液硫化物樣品。

海底勘探深海硬巖取樣鉆機(jī)勘探技術(shù)

深海硬巖取樣鉆機(jī)是一種海底硬巖勘探裝置，用于深海底淺表地層固體礦產(chǎn)資源巖心鉆探取樣。在水下鉆探過程中，該鉆機(jī)可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)一次下水在海底不同位置鉆取 1 ～ 3 個巖心，適用于深海富鈷結(jié)殼礦產(chǎn)資源的勘探。該鉆機(jī)外形尺寸為1. 8 m ×1. 8 m ×2. 3 m，干質(zhì)量2. 8 t，適應(yīng)水深 4 000 m，鉆孔深度 700 mm，取心直徑 60 mm。該硬巖鉆機(jī)鉆探深度淺，將配有逆變器的 220 V 油浸三相交流電機(jī)作為動力源，為液壓系統(tǒng)提供動力，以驅(qū)動鉆具回轉(zhuǎn)、進(jìn)給等作業(yè)。該鉆機(jī)主油泵采用恒功率控制技術(shù)，在設(shè)定的鉆進(jìn)壓力下，鉆頭切削巖石的扭矩隨巖石硬度的變化而變化。若針對不同巖性的巖石，則需給鉆頭提供足夠的扭矩以實(shí)現(xiàn)對巖石的切削。

海底勘探液動沖擊式海底勘探技術(shù)

液動沖擊式海底勘探取樣技術(shù)是一種利用高壓海水驅(qū)動高頻液動錘產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊能量，來撞擊巖心管及鉆頭，同時對巖心管內(nèi)產(chǎn)生抽吸作用，使巖心樣品進(jìn)入取樣管的勘探取樣手段。液動沖擊式海底勘探裝置可直接搭載在普通科考船上進(jìn)行作業(yè)，在鉆具鉆進(jìn)時，沖擊液動錘工作后的流體沿鉆具與井眼孔壁循環(huán)上返，使鉆具避免了沖擊巖心管引起的 “樁效應(yīng)”，使井下工具鉆進(jìn)取心完成后順利提出。該沖擊式勘探裝置適于水深 100 m 的海域，鉆進(jìn)效率高，取樣長度 6 ～10 m，取心成本低。但隨著勘探深度的增加，摩擦力急劇增大，阻礙了土樣繼續(xù)進(jìn)入管內(nèi)并造成樣品被壓實(shí)，巖心組織形態(tài)變化大。

海底勘探重力柱狀勘探取樣技術(shù)

重力柱狀勘探取樣技術(shù)主要用于海底淺表層取樣，以獲取柱狀沉積物樣品。根據(jù)觸底方式的不同，可分為重力柱狀取樣器和重力活塞取樣器。重力柱狀取樣器由重錘和取樣管組成。重力活塞取樣器由重錘、取樣管、釋放器系統(tǒng)和活塞系統(tǒng)等組成。在作業(yè)過程中，通過纜繩將取樣器釋放到水下，取樣器通過自由落體的方式插入海底，同時繩纜將內(nèi)置活塞迅速拉至取樣器頂部，海底沉積物也隨著活塞的上行而進(jìn)入取樣器，最后其上的閘閥將取樣器底部閉合密封，完成取樣過程。重力柱狀取樣設(shè)備的質(zhì)量可達(dá)3 t，取樣管長度為2 ～18 m，直徑為 89、108 和 127 mm。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，但可控性差，勘探取樣精度低。

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