2013年12月09日09:00
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利用循环泥水的压力防止钻孔崩塌
——“立管钻探系统”具体是什么？
策划调整室副室长仓本真一说：“随时控制泥水密度，防止钻孔坍塌。”
策划调整室副室长仓本真一（以下简称：仓本）：立管钻探系统的结构是，除了钻杆之外，还使用1根长度为27米（内径约50厘米）的隔水管。隔水管在铁管的周围设置了漂浮材料，体积相当大。
隔水管的最底端安装着防喷器（BOP）。防喷器高约14.5米，重量为380吨。通过在海底设置防喷器，海底与船之间就可只连接一根管道。
在隔水管中通入钻杆进行钻探。在钻探时，钻杆中有泥水流动。钻杆边旋转边钻探，并且不断把泥水压入地层。受到挤压的泥水通过钻杆与隔水管之间的空隙返回到船上。在船上，将泥水中含有的“钻屑”过滤掉，然后，再将泥水重新灌入钻杆中。这样的泥水循环就是立管钻探系统的特点。
——为什么要使泥水循环？
仓本：在海底钻孔时，受地层压力的作用，钻孔会发生崩塌，使钻杆掩埋在泥土中，无法旋转。
在这种情况下，通过从上方向孔中注入“重水”，水头压力与来自孔外侧的压力将达到平衡。这就是泥水循环的目的。之所以使用泥水而不是普通海水，是因为泥水比重大，容易制衡地层的压力。
而且，泥水的密度随时都在控制之中。因为钻探的孔越深，挤压孔的压力越大，泥水的密度要随压力的增加不断提高。这样才能均衡压力，防止钻孔坍塌。
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| 始终配备90根长约27米的隔水管（上图），总长度达到约2500米。因此，在水深2500米的海底，可以使用钻杆继续向地下钻探7000米以上的深度。右为利用立管钻探技术进行大深度钻探的原理示意图。 |
使船舶位置偏差控制在半径5米以内
——那么，船舶的位置是如何固定的？
仓本：船舶的位置是借助船底的6台推进器维持。推进器可以360度调整方向，改变推力。分别接收来自空中的GPS信息和来自海底的应答器信息，根据这两种位置信息驱动推进器，以抵消风、浪、海流等外力的影响。
这种机制称为“定点保持装置”。该装置能够高精度保持位置，使船的中心停留在半径为5米的范围内。在最大风速23米/秒、最大浪高4.5米的环境下也能发挥作用。
——钻探一个地点似乎要花费相当长的时间。有时需要4个月、1年，甚至更长。
东：决定钻探时间有两个因素。一是出于预算的关系，钻探日程十分细碎。如果预算充裕，钻探可以连续不停，但在现实中，受到预算的限制，连续不停很难做到。
二是台风等周边环境。而且，钻探还必须避开渔季。因为钻探要在条件完备的最佳季节进行，所以一般需要相当长的时间。
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| 保持船舶位置的推力装置“推进器”（上）。船底前后各3台，共计6台。“地球号”能够利用GPS的信息与来自海底应答器的信息实现精确定位（下）。 |
黑潮晃动管道是造成故障的原因
——钻探南海海槽时，技术难点有哪些？
巨大塔架下方的钻台。中央可以看到隔水管。
东：目前我们正在与之搏斗的还要说是海流。在我们现在进行钻探的地点，500米厚的黑潮在以最大6海里（11.1公里/时）的时速流动。在汹涌的黑潮中，定位非常困难。不只是船舶的定位，向汹涌的海流中插入管道也绝非易事。海流会使管道发生振动，造成金属疲劳等各种故障。如何在钻探中遏制这些风险是需要解决的课题。
为了控制这种名为涡激振动（VIV）的现象，我们在管道上安装了整流罩。
——请问日本企业在“地球号”项目中发挥了哪些作用？
东：“地球号”使用了10年前的商用技术，包括当时比较先进的挪威北海油田钻探技术等。但现如今，只靠这些技术已经无法再满足要求。
例如，隔水管本身非常重，因此现在要在其周围安装浮力材料，但是，随着钻探深度的增加，材料本身的轻量化也必不可少。
包括碳纤维强化塑料（CFRP）在内，日本企业走在材料领域的尖端。我们也准备加深与日本企业的沟通。
同时，这其中也隐藏着商机。因为包括能源领域在内，钻探技术将开拓出庞大的市场，日本企业还有掀起创新的可能性。（未完待续）（作者：长坂邦宏，日经能源环境网 供稿）
