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我国钻取百米湖芯!水域钻探技术提升为“ICDP项目”奠定技术保障

时间:2020-07-22    来源:仪器网    作者:仪多多商城     
【导读】2020年7月21日,中科院“丝路环境”先导专项和第二次青藏科考湖泊团队利用搭建好的水上钻探平台,成功钻取长100.63米的湖芯,总取芯率达到98%。

  湖泊沉积物又称为湖芯,是湖泊中沉积的物质。河流汇入湖泊将砂、砾石堆积在入湖河口,形成以沙内含重矿物、粗贝壳屑与细粒为主的三角洲沉积。沉积物的粒度是衡量沉积介质能量和沉积盆地能量的一种重要代用指标,与沉积环境的关系非常密切。湖泊中碳埋藏量非常丰富,在全球碳循环中发挥着重要的作用。开展湖泊碳埋藏的研究,不仅有助于了解湖泊生态系统碳循环规律及其影响机理,而且对区域或全球碳循环规律的研究也具有重要的意义。

  纳木错湖位于西藏自治区中部,西藏第二大湖泊,中国第三大的咸水湖,最深处超过了120米。蓄水量768亿立方米,为世界上海拔最 高的大型湖泊。纳木错所在的青藏高原,是起自于约7000万年前开始的造山运动中欧亚大陆板块与印度板块相挤压而隆起的产物。

  2020年7月21日,中科院“丝路环境”先导专项和第二次青藏科考湖泊团队利用搭建好的水上钻探平台,成功钻取长100.63米的湖芯,总取芯率达到98%。采用我国自主设计的采样平台、套管稳定系统和钻探系统成功钻取湖芯。本次成功钻取100米以上的湖芯,提高了我国湖泊钻探及研究水平,对“纳木错大陆科学钻探计划(ICDP)项目”提供重要科学依据和技术保障。  

  什么是水域钻探?

  其施工方法与陆地钻探大体相同,只是由于受施工水域的水深、离岸距、风浪、潮汐等自然条件影响,因而增加了设备和工艺的复杂性。首先要有一套固定或浮动于水面的平台或船只作施工场地,还需设置从钻机到水底孔口的特殊井口装置作为钻具入孔与泥浆循环的隔水通道,并防止水流和水位波动对钻探工作的影响。在施工过程中,还要相应采用孔位量测、锚泊定位、升沉补偿等一系列特殊工艺措施。选用沉没式水底钻机或柔杆电钻等专用设备,对水域的风浪、沉浮、漂移等影响有较强的适应能力,有利于简化水域施工工艺。

  沿海岸线、岛岸线、江河流域进行的港口、坝址、闸址、桥基等及其他大型水下工程建设、水域航道整治工程等,在建设前期都要作大量的工程地质钻探工作。基址选定后,又要作大量的水下基础施工钻探,以加固水下基础或建造露出水面的人工基础。

  在江、河、湖、海上对水下地层进行地质钻探,以取得水下工程地质勘察、水下基础处理和固体矿产勘查资料的钻探工程。可用于工程地质勘察、矿产资源勘探、基础工程施工、水下矿产开采及科学考察等方面,已有50多年的发展历程。水域地质钻探的钻探设备和工艺与陆地使用的基本相同,其他方面的特点有:

  ①多借助于能浮于水面的特殊钻探设施和辅助设施,如小型钻探船、自升式钻探平台、浮动式钻探平台等。它们与海洋油气钻探设施比较,具有体型小、轻便、移动性强、品种多等特点。

  ②浮动钻探设施必须具有在水上锚泊定位系统,锚泊一次要能完成至少一个或几个钻孔。

  ③深海作业要用特殊设计的专用取样设备。

  ④绝大多数钻孔都比较浅(10~30米),最深100~200米,这是与工程需要或大多数矿床沉积在海床表面这种特殊产状所决定的。不同的水域钻探设备适应的水深环境如下:小型钻探平台,10~100米;小型水上单体、双体钻探船,10~100米;沉没式海底取心钻机;30~300米;柔杆钻探设备,100~2500米;深海取样器1000~6000米。

  关于纳木错大陆科学钻探计划(ICDP)项目

  ICDP是一个大型国际计划,1996年由德国、美国和中国发起成立,目前有21个成员国。旨在通过开展大陆科学钻探(湖泊、盆地等)以研究地球系统演化规律。ICDP成立二十多年来已在全球几十个地点开展了科学钻探,其中许多世界著名的大湖都已完成了钻探计划。目前我国已有多个大陆钻探计划纳入ICDP框架下,特别是2018年5月刚刚完钻的松辽盆地“松科二井”以7018米的钻探深度成功创造了多项记录,成为全球首 个钻穿白垩系的科学钻井,大大提高了我国大陆科学钻探水平。

  延伸阅读:

  海上钻井平台布置所需的主要仪器设备

  主要用于钻探井的海上结构物。上装钻井、动力、通讯、导航等设备,以及安全救生和人员生活设施。海上油气勘探开发不可缺少的手段。主要有自升式和半潜式钻井平台。对已经建成使用的平台,如要变更它的设备或设备位置,必须首先考虑平台的结构强度和稳性是否允许,否则就不能改变。通常,在钻井平台的总体布置中要选择确定的主要设施有以下几个方面:

  (1)钻井机械设备,包括井架,绞车,转盘,泥浆泵和制浆设备,“三除一筛”等泥浆净化设备,固井泵、气动下灰装置等固井设备和空压机等。

  (2)动力设备,包括柴油机、发电机、电动机、晶闸管整流装置等钻井用动力设备和航行、动力定位、桩腿升降等专用动力设备,锚泊、起重等辅助动力设备及应急发电机组等。

  (3)器材及物资,包括钻头、钻杆、钻铤、方钻杆等钻具和套管、重晶石、泥浆、化学处理剂、水泥、燃油、润滑油及生活给养物资等。

  (4)测井、试井设备,包括测井仪、测斜仪、综合录井仪等测井设备和分离器、加热器、试油罐、燃烧器等成套试油设备。

  (5)起重设备、锚泊和靠船设施,包括起重机和锚机、锚缆、大抓力锚等锚泊设备及护舷材料等靠船设施。

  (6)安全消防和防污染设施,包括耐火救生艇或救生球、工作艇、救生圈、救生衣等救生设施和水灭火系统、化学灭火系统以及废油、污水、废气的回收处理装置。

  (7)供水、供电、供气设备,包括锅炉房、水泵房、海水淡化装量、配电室、空调设备、通风设备等。

  海上钻井平台平台布置的辅助设施装备

  (1)保证平台工作时安全可靠。各种工艺设施的布置要适合工艺作业的要求,各系统相对集中,便于操作和维修;配备的设备要能力大、性能可靠、使用寿命长,能在预定的工作环境条件下工作;对平台钻机工作有直接影响的主要机组必须配备应急设备。

  (2)满足平台的结构强度和稳性要求。平台上的各种设备工作时的载荷要与平台的承载能力相适应。载荷大的设备应有局部加强结构,而且尽量对称布置,以使平台承载均匀。分层布置时,层数不宜过多,以防平台稳性降低。

  (3)合理利用平台的面积和空间。海上平台的面积和空间十分有限,因此要尽可能选用技术先进、体积小、重量轻、功率大、效率高的机械设备,尽量采用先进的工艺程序,提高机械化和自动化程度。所选定的设备可按设备功能和工艺流程装在若干个组合模块里,以便平台的组装和改造。组成模块时要考虑模块的外形尺寸和重量应满足现有起重船的起吊能力要求。

  (4)必须有完备的安全、消防和防污染的设施。这些设施包括可燃气体和火灾探测与报警系统,通风和灭火系统,应急进、出口设施,各种救生器具等。在敞露的甲板上要设栏杆、扶手和安全网。上、下平台要有安全的移乘设备。平台上含油和化学药剂的物品及匪卫各种污油、污水要经处理设备处理后再排放。

  (5)要有良好的通信、靠船和直升机起降设施及生活设施。平台上要设置先进的对内对外通信联络设施和安全可靠的靠船设施。生活区要同作业区严格分隔开,而且要离振动和噪音大的设备远些或有减振隔音的措施。另外,还应设置直升机起降设施。

  (6)满足有关建造规范的要求。移动式平台要满足海上移动式钻井船入级与建造规范中的有关要求,设备的选择和布置要尽量采用国际上通用的规范和标准,以提高平台的竞争力。




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