【石油與裝備】高德利院士：深地深海礦產(chǎn)資源開發(fā)，亟待創(chuàng)新破局
發(fā)布時間:2025-04-03 | 來源：?石油與裝備 | 瀏覽量：
在當(dāng)今全球資源需求不斷攀升的大背景下，深地深海礦產(chǎn)資源開發(fā)成為了保障資源供給、推動經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域。中國科學(xué)院院士、中國石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點實驗室主任高德利，長期深耕石油與天然氣工程領(lǐng)域，在第三屆石油技術(shù)與裝備院校長論壇暨第十七屆國際石油天然氣產(chǎn)業(yè)大會上，針對深地深海礦產(chǎn)資源開發(fā)，分享了極具前瞻性與深度的創(chuàng)新思考 。
高院士指出，深地深海礦產(chǎn)資源的高效開發(fā)，是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略基石。目前，深地礦產(chǎn)資源鉆采已取得顯著進展，在國內(nèi)外備受關(guān)注。而海洋覆蓋地球表面超71%，其礦產(chǎn)資源開發(fā)潛力巨大，尤其是深海深水區(qū)域，更是全球矚目的焦點。
我國石油、天然氣及錳、鎳、鈷等與能源緊密相關(guān)的礦產(chǎn)資源，供需矛盾突出，成為現(xiàn)代化建設(shè)進程中亟待解決的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。開發(fā)深地深海領(lǐng)域豐富的礦產(chǎn)資源，成為滿足我國現(xiàn)代化建設(shè)資源需求的必由之路，這也對相關(guān)工程技術(shù)與裝備支撐能力提出了更高要求，亟待持續(xù)創(chuàng)新驅(qū)動與實踐探索。
鉆采工程作為 “入地、下海” 獲取礦產(chǎn)資源的關(guān)鍵通道，涵蓋鉆井、完井、生產(chǎn)、測控及維護等多個復(fù)雜且成本高昂的工程環(huán)節(jié)，對整個資源開采至關(guān)重要。此前，《前瞻科技》出版的 “油氣鉆采科學(xué)技術(shù)專刊”，高德利院士作為客座主編參與組稿，大力宣傳鉆采工程的重要性。
深水鉆采科技創(chuàng)新：機遇與挑戰(zhàn)并存
石油和天然氣的深水鉆采（區(qū)別于深海）是全球熱點領(lǐng)域，但因其高技術(shù)、高風(fēng)險、高投入的特性，仍面臨諸多挑戰(zhàn)。如2010年墨西哥灣井噴漏油事件，損失超700億美元。我國南海油氣開發(fā)同樣面臨難題。
三十多年前，高院士曾陪同前輩前往南海，見證了南海油氣的巨大發(fā)展，相關(guān)科技創(chuàng)新成果與團隊緊密相關(guān)。深水鉆采的一大特點是將井口置于海底，與中淺水作業(yè)截然不同，在超500米水深的深水海域，水下井口建設(shè)成本高昂，且人飽和潛水難以企及，整個鉆井系統(tǒng)極為復(fù)雜，歷經(jīng)多年在前人基礎(chǔ)上持續(xù)創(chuàng)新研究。
相關(guān)裝備不斷迭代發(fā)展，“五型六船” 的進步帶動了多個行業(yè)協(xié)同發(fā)展，我國成功鉆取多口超深水勘探井，“深海 1 號” 超深水氣田開發(fā)項目更是榮獲去年國家科技獎。不過，南海仍有大量礦產(chǎn)資源區(qū)塊尚未觸及，開發(fā)面臨多重挑戰(zhàn)，如三亞至南海九段線最南端距離超1700公里，海上后勤保障難以適配；還需與周邊國家和地區(qū)進行協(xié)調(diào)談判等。
高院士曾主持咨詢項目，梳理了深水鉆采技術(shù)與裝備創(chuàng)新需求，從勘探開發(fā)到工程層面，分解為4個層級及50多項技術(shù)裝備，并在《科技導(dǎo)報》發(fā)表，供業(yè)內(nèi)參考研究。
深海采礦科技創(chuàng)新：探索行業(yè)融合新路徑
在4000米至6000米的深海海底，蘊藏著豐富的多金屬結(jié)核，包含錳、鎳、鈷、銅、鐵等我國高度依賴的寶貴礦產(chǎn)資源，部分礦產(chǎn)對外依存度超 95%，高于石油。盡管深海多金屬結(jié)核資源儲量遠(yuǎn)超陸地，但目前商業(yè)化開采面臨重重困難，相關(guān)基礎(chǔ)研究正在積極推進。我國已在太平洋地區(qū)申請相關(guān)區(qū)塊，急需構(gòu)建配套技術(shù)與裝備實現(xiàn)開采。
針對深海采礦，業(yè)內(nèi)提出多種設(shè)想，其中行業(yè)交叉融合成為具有潛力的發(fā)展方向，例如將深海采礦與油氣鉆采方式相結(jié)合。去年，國家自然科學(xué)基金委啟動由高院士負(fù)責(zé)的深海采礦重大基金項目，聚焦深海多金屬結(jié)核高效采輸系統(tǒng)中的重載裝備安全行進、海底礦物高效收集與可靠輸運、系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)等關(guān)鍵問題，開展多學(xué)科交叉研究，借鑒深水鉆采原理與經(jīng)驗，致力于構(gòu)建新理論、新方法，創(chuàng)建總體設(shè)計與風(fēng)險防控體系。
深地鉆采科技創(chuàng)新：突破萬米垂深后的新征程
今年，塔里木盆地深地塔科1井成功完成超萬米鉆探，意義重大。進入21世紀(jì)，我國愈發(fā)重視深地油氣勘探開發(fā)，超7000米的超深鉆井已有數(shù)百口，超9000米的特深井或深地鉆采不斷涌現(xiàn)。然而，當(dāng)前井身結(jié)構(gòu)難以滿足深地鉆探需求，傳統(tǒng)上大下小的井身結(jié)構(gòu)在深鉆后井眼空間受限，膨脹管技術(shù)多年來推廣遇阻。深地鉆采急需安全、綠色、高效的創(chuàng)新，信息化與智能化技術(shù)至關(guān)重要。
全球鉆采工程作業(yè)數(shù)據(jù)顯示，人類鉆探已達12262米垂深（科拉半島），我國也突破萬米垂深，南海東部超大位移井測深達9508米，水平位移 8689米，不斷取得新突破。但向深地進軍仍面臨諸多技術(shù)難題，如高溫高壓問題，嚴(yán)重制約相關(guān)研究與實踐。
在深地鉆采中，“鉆頭不到，油氣不冒”，新型PDC齒與高效PDC鉆頭作為超深井或深地鉆采工程的關(guān)鍵技術(shù)裝備，備受國內(nèi)外關(guān)注，研發(fā)與實踐持續(xù)取得進展。同時，鉆柱振動問題作為復(fù)雜力學(xué)難題，受井眼約束，模態(tài)隨鉆深變化且易與井壁碰撞，理論上難以獲得定量解，不僅需要持續(xù)深入研究，還需強化測量，因其對工程效率影響巨大。
高院士強調(diào)，深地深海礦產(chǎn)資源雖已備受關(guān)注，但挑戰(zhàn)重重，必須堅持創(chuàng)新驅(qū)動研究與實踐。當(dāng)前礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)在超深水、深地工程領(lǐng)域已取得一定成果，但后續(xù)工作任重道遠(yuǎn)。尤其要重視跨行業(yè)交叉融合發(fā)展，深地深海領(lǐng)域的復(fù)雜工程研究，只有通過多學(xué)科交叉才能實現(xiàn)突破。此外，要積極擁抱信息化、智能化乃至人工智能技術(shù)，盡管鉆采工程行業(yè)應(yīng)用難度較大，但開發(fā) “入地、下海” 的鉆采機器人仍是值得探索的方向。
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（編輯 劉曉琳）
