苏州探海海洋科技有限责任公司

海底勘探海洋勘察船钻井取样技术

2011 年 10 月，由宝鸡石油机械有限责任公司为 “海洋石油 708”勘察船研制的深水勘察钻井及取样系统，作为我国深水重大科技攻关的综合配套项目之一，可适应 3 000 m 水深、海底最大钻深 600 m 的钻探取样作业需求。 其作业过程为: 当勘察船驶入目标海域后，首先通过钻井系统对海床进行钻孔，在钻孔过程中通过钻井泵向钻杆内孔中喷注循环海水，使钻杆与井眼的环孔岩屑及时排出，方便持续钻进。当钻到海床以下目标层位时，由一条电缆将取样及测试装置通过钻井系统顶部驱动装置上方的喇叭口，沿着钻杆内孔下放到海底进行取样测试作业。其配套的取样测试工具是一种通过电缆操作控制的井下液压装置，泥面以下的钻具质量和海底基盘将为测试探头和液压取样管提供反力，可在钻井全深度范围内进行作业。这种作业模式的系统复杂，配套设备多，运行成本高。

海底勘探电视抓斗勘探技术

电视抓斗勘探技术是通过科考船上的铠装电缆将抓斗下放至海底，以程序指令控制抓斗的开合来实施勘探作业。该装置主要用于海底浅表层的勘探取样，其驱动型式为水下液压驱动，控制方式为甲板操作与自动控制相结合，抓斗最大工作水深6000 m，动力功率可达 4kW，抓样面积大于1m ，可抓取200 kg 以上的样品，抓斗质量约2. 2 t。电视抓斗主要由抓斗机械装置、铠装电缆和控制系统组成。抓斗上还装有海底电视摄像头、光源和电源等辅助装置。在勘探作业过程中，用 A 吊将抓斗下放到离海底5 m 左右的高度，此时科考船慢速航行并通过船上的显视器寻找采样目标，当找到目标时立即下放抓斗，准备抓取样品。电视抓斗的开启与关闭通过抓斗内的液压机械手完成。在勘探作业时，首先利用甲板监控平台，在观测海底地貌特征和海底样品图像的基础上，通过控制电视抓斗水下作业状态，使动力机械抓斗实现海底目标样品的准确采集。2009 年 12 月 “大洋一号”科考船执行 DY21 航次第四航段的大西洋洋中脊考察任务，在南大西洋洋中脊上利用我国自行研制的深海电视抓斗，首次获取块状热液硫化物样品。

海底勘探深海硬岩取样钻机勘探技术

深海硬岩取样钻机是一种海底硬岩勘探装置，用于深海底浅表地层固体矿产资源岩心钻探取样。在水下钻探过程中，该钻机可根据需要实现一次下水在海底不同位置钻取 1 ～ 3 个岩心，适用于深海富钴结壳矿产资源的勘探。该钻机外形尺寸为1. 8 m ×1. 8 m ×2. 3 m，干质量2. 8 t，适应水深 4 000 m，钻孔深度 700 mm，取心直径 60 mm。该硬岩钻机钻探深度浅，将配有逆变器的 220 V 油浸三相交流电机作为动力源，为液压系统提供动力，以驱动钻具回转、进给等作业。该钻机主油泵采用恒功率控制技术，在设定的钻进压力下，钻头切削岩石的扭矩随岩石硬度的变化而变化。若针对不同岩性的岩石，则需给钻头提供足够的扭矩以实现对岩石的切削。

海底勘探液动冲击式海底勘探技术

液动冲击式海底勘探取样技术是一种利用高压海水驱动高频液动锤产生的强冲击能量，来撞击岩心管及钻头，同时对岩心管内产生抽吸作用，使岩心样品进入取样管的勘探取样手段。液动冲击式海底勘探装置可直接搭载在普通科考船上进行作业，在钻具钻进时，冲击液动锤工作后的流体沿钻具与井眼孔壁循环上返，使钻具避免了冲击岩心管引起的 “桩效应”，使井下工具钻进取心完成后顺利提出。该冲击式勘探装置适于水深 100 m 的海域，钻进效率高，取样长度 6 ～10 m，取心成本低。但随着勘探深度的增加，摩擦力急剧增大，阻碍了土样继续进入管内并造成样品被压实，岩心组织形态变化大。

海底勘探重力柱状勘探取样技术

重力柱状勘探取样技术主要用于海底浅表层取样，以获取柱状沉积物样品。根据触底方式的不同，可分为重力柱状取样器和重力活塞取样器。重力柱状取样器由重锤和取样管组成。重力活塞取样器由重锤、取样管、释放器系统和活塞系统等组成。在作业过程中，通过缆绳将取样器释放到水下，取样器通过自由落体的方式插入海底，同时绳缆将内置活塞迅速拉至取样器顶部，海底沉积物也随着活塞的上行而进入取样器，最后其上的闸阀将取样器底部闭合密封，完成取样过程。重力柱状取样设备的质量可达3 t，取样管长度为2 ～18 m，直径为 89、108 和 127 mm。该装置结构简单，但可控性差，勘探取样精度低。

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