2013年12月09日09:00
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利用循環泥水的壓力防止鑽孔崩塌
——“立管鑽探系統”具體是什麼？
策劃調整室副室長倉本真一說：“隨時控制泥水密度，防止鑽孔坍塌。”
策劃調整室副室長倉本真一（以下簡稱：倉本）：立管鑽探系統的結構是，除了鑽杆之外，還使用1根長度為27米（內徑約50厘米）的隔水管。隔水管在鐵管的周圍設置了漂浮材料，體積相當大。
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。通過在海底設置防噴器，海底與船之間就可隻連接一根管道。
在隔水管中通入鑽杆進行鑽探。在鑽探時，鑽杆中有泥水流動。鑽杆邊旋轉邊鑽探，並且不斷把泥水壓入地層。受到擠壓的泥水通過鑽杆與隔水管之間的空隙返回到船上。在船上，將泥水中含有的“鑽屑”過濾掉，然后，再將泥水重新灌入鑽杆中。這樣的泥水循環就是立管鑽探系統的特點。
——為什麼要使泥水循環？
倉本：在海底鑽孔時，受地層壓力的作用，鑽孔會發生崩塌，使鑽杆掩埋在泥土中，無法旋轉。
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的壓力將達到平衡。這就是泥水循環的目的。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。因為鑽探的孔越深，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，防止鑽孔坍塌。
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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，可以使用鑽杆繼續向地下鑽探7000米以上的深度。右為利用立管鑽探技術進行大深度鑽探的原理示意圖。 |
使船舶位置偏差控制在半徑5米以內
——那麼，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台推進器維持。推進器可以360度調整方向，改變推力。分別接收來自空中的GPS信息和來自海底的應答器信息，根據這兩種位置信息驅動推進器，以抵消風、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。在最大風速23米/秒、最大浪高4.5米的環境下也能發揮作用。
——鑽探一個地點似乎要花費相當長的時間。有時需要4個月、1年，甚至更長。
東：決定鑽探時間有兩個因素。一是出於預算的關系，鑽探日程十分細碎。如果預算充裕，鑽探可以連續不停，但在現實中，受到預算的限制，連續不停很難做到。
二是台風等周邊環境。而且，鑽探還必須避開漁季。因為鑽探要在條件完備的最佳季節進行，所以一般需要相當長的時間。
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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台，共計6台。“地球號”能夠利用GPS的信息與來自海底應答器的信息實現精確定位（下）。 |
黑潮晃動管道是造成故障的原因
——鑽探南海海槽時，技術難點有哪些？
巨大塔架下方的鑽台。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。在我們現在進行鑽探的地點，500米厚的黑潮在以最大6海裡（11.1公裡/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。海流會使管道發生振動，造成金屬疲勞等各種故障。如何在鑽探中遏制這些風險是需要解決的課題。
為了控制這種名為渦激振動（VIV）的現象，我們在管道上安裝了整流罩。
——請問日本企業在“地球號”項目中發揮了哪些作用？
東：“地球號”使用了10年前的商用技術，包括當時比較先進的挪威北海油田鑽探技術等。但現如今，隻靠這些技術已經無法再滿足要求。
例如，隔水管本身非常重，因此現在要在其周圍安裝浮力材料，但是，隨著鑽探深度的增加，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，日本企業走在材料領域的尖端。我們也准備加深與日本企業的溝通。
同時，這其中也隱藏著商機。因為包括能源領域在內，鑽探技術將開拓出龐大的市場，日本企業還有掀起創新的可能性。（未完待續）（作者：長?邦宏，日經能源環境網 供稿）
