2013年12月09日09:00
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利用循環(huán)泥水的壓力防止鉆孔崩塌
——“立管鉆探系統(tǒng)”具體是什么？
策劃調(diào)整室副室長倉本真一說：“隨時控制泥水密度，防止鉆孔坍塌�！�
策劃調(diào)整室副室長倉本真一（以下簡稱：倉本）：立管鉆探系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是，除了鉆桿之外，還使用1根長度為27米（內(nèi)徑約50厘米）的隔水管。隔水管在鐵管的周圍設(shè)置了漂浮材料，體積相當(dāng)大。
隔水管的最底端安裝著防噴器（BOP）。防噴器高約14.5米，重量為380噸。通過在海底設(shè)置防噴器，海底與船之間就可只連接一根管道。
在隔水管中通入鉆桿進行鉆探。在鉆探時，鉆桿中有泥水流動。鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊鉆探，并且不斷把泥水壓入地層。受到擠壓的泥水通過鉆桿與隔水管之間的空隙返回到船上。在船上，將泥水中含有的“鉆屑”過濾掉，然后，再將泥水重新灌入鉆桿中。這樣的泥水循環(huán)就是立管鉆探系統(tǒng)的特點。
——為什么要使泥水循環(huán)？
倉本：在海底鉆孔時，受地層壓力的作用，鉆孔會發(fā)生崩塌，使鉆桿掩埋在泥土中，無法旋轉(zhuǎn)。
在這種情況下，通過從上方向孔中注入“重水”，水頭壓力與來自孔外側(cè)的壓力將達到平衡。這就是泥水循環(huán)的目的。之所以使用泥水而不是普通海水，是因為泥水比重大，容易制衡地層的壓力。
而且，泥水的密度隨時都在控制之中。因為鉆探的孔越深，擠壓孔的壓力越大，泥水的密度要隨壓力的增加不斷提高。這樣才能均衡壓力，防止鉆孔坍塌。
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| 始終配備90根長約27米的隔水管（上圖），總長度達到約2500米。因此，在水深2500米的海底，可以使用鉆桿繼續(xù)向地下鉆探7000米以上的深度。右為利用立管鉆探技術(shù)進行大深度鉆探的原理示意圖。 |
使船舶位置偏差控制在半徑5米以內(nèi)
——那么，船舶的位置是如何固定的？
倉本：船舶的位置是借助船底的6臺推進器維持。推進器可以360度調(diào)整方向，改變推力。分別接收來自空中的GPS信息和來自海底的應(yīng)答器信息，根據(jù)這兩種位置信息驅(qū)動推進器，以抵消風(fēng)、浪、海流等外力的影響。
這種機制稱為“定點保持裝置”。該裝置能夠高精度保持位置，使船的中心停留在半徑為5米的范圍內(nèi)。在最大風(fēng)速23米/秒、最大浪高4.5米的環(huán)境下也能發(fā)揮作用。
——鉆探一個地點似乎要花費相當(dāng)長的時間。有時需要4個月、1年，甚至更長。
東：決定鉆探時間有兩個因素。一是出于預(yù)算的關(guān)系，鉆探日程十分細碎。如果預(yù)算充裕，鉆探可以連續(xù)不停，但在現(xiàn)實中，受到預(yù)算的限制，連續(xù)不停很難做到。
二是臺風(fēng)等周邊環(huán)境。而且，鉆探還必須避開漁季。因為鉆探要在條件完備的最佳季節(jié)進行，所以一般需要相當(dāng)長的時間。
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| 保持船舶位置的推力裝置“推進器”（上）。船底前后各3臺，共計6臺。“地球號”能夠利用GPS的信息與來自海底應(yīng)答器的信息實現(xiàn)精確定位（下）。 |
黑潮晃動管道是造成故障的原因
——鉆探南海海槽時，技術(shù)難點有哪些？
巨大塔架下方的鉆臺。中央可以看到隔水管。
東：目前我們正在與之搏斗的還要說是海流。在我們現(xiàn)在進行鉆探的地點，500米厚的黑潮在以最大6海里（11.1公里/時）的時速流動。在洶涌的黑潮中，定位非常困難。不只是船舶的定位，向洶涌的海流中插入管道也絕非易事。海流會使管道發(fā)生振動，造成金屬疲勞等各種故障。如何在鉆探中遏制這些風(fēng)險是需要解決的課題。
為了控制這種名為渦激振動（VIV）的現(xiàn)象，我們在管道上安裝了整流罩。
——請問日本企業(yè)在“地球號”項目中發(fā)揮了哪些作用？
東：“地球號”使用了10年前的商用技術(shù)，包括當(dāng)時比較先進的挪威北海油田鉆探技術(shù)等。但現(xiàn)如今，只靠這些技術(shù)已經(jīng)無法再滿足要求。
例如，隔水管本身非常重，因此現(xiàn)在要在其周圍安裝浮力材料，但是，隨著鉆探深度的增加，材料本身的輕量化也必不可少。
包括碳纖維強化塑料（CFRP）在內(nèi)，日本企業(yè)走在材料領(lǐng)域的尖端。我們也準(zhǔn)備加深與日本企業(yè)的溝通。
同時，這其中也隱藏著商機。因為包括能源領(lǐng)域在內(nèi)，鉆探技術(shù)將開拓出龐大的市場，日本企業(yè)還有掀起創(chuàng)新的可能性。（未完待續(xù)）（作者：長坂邦宏，日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）
