工作人员进行钻探作业
“乔迪斯·决心”号
大洋钻探是深海研究乃至整个地球科学领域规模最大、历时最久、成就最显著的国际大科学计划，历经了深海钻探计划、大洋钻探计划、综合海洋钻探计划和国际大洋钻探计划四大阶段，目前已累积取得岩芯超过40万米，为板块构造理论、古海洋学和气候演变规律等研究领域的发展做出了突出贡献。作为深海矿产资源勘探开发的重要支撑平台，大洋钻探船是不可或缺的“硬件”支撑。美国、日本和欧洲一些国家研发大洋钻探船较早，技术力量雄厚，现已成功应用钻探船开展海底岩芯取样、矿产资源勘探，特别是美国“格罗玛·挑战者”号、“乔迪斯·决心”号和日本“地球”号3艘大洋钻探船专门为国际合作项目服务。
经过多年发展，我国大洋钻探方面的国际地位逐步提高，作用日益凸显，而大洋钻探船的建造，仍是目前的短板，已引起业界人士的高度重视。
■ 中国海洋报记者 高 悦
蓬勃发展的国际大洋钻探
深海蕴藏着丰富的多金属硫化物、多金属结核和富钴结核等矿产资源，对人类生产和生活具有重要意义。其中，多金属硫化物等矿产资源需通过钻探取样才可确切地探明储量，大洋钻探船是至关重要的装备。
大洋钻探始于美国。1968年，美国钻探船“格罗玛·挑战者”号首航墨西哥湾，开始了“深海钻探计划”，取得众多创新成果和重大发现，奠定了美国在深海科学技术领域的领先地位。1975年，苏联、英国、日本和法国等国加入该计划，使得“深海钻探计划”成为举世瞩目的国际计划。
1985年，大洋钻探开始了被称为“大洋钻探计划”的第二阶段，美国将“格罗玛·挑战者”号钻探船更换成了“乔迪斯·决心”号，船舶性能、钻探设备等更为先进。到2003年，参加“大洋钻探计划”的国家和地区已达到22个。
进入21世纪，日本通过“地球”号大洋钻探船，执行了多次大洋调查任务，并培养了一大批深海科技工作者。与此同时，欧洲也不甘落后，德、英、法等国组织了欧洲大洋钻探研究联盟，成为大洋钻探领域的第三个核心。2003年，大洋钻探进入第三阶段“综合海洋钻探计划”，钻探规模从美国的1艘钻探船变成3个钻探平台，国际大洋钻探进入了繁荣期。
近年来，加拿大鹦鹉螺公司利用“DP Hunter”钻探船对巴布亚新几内亚专属经济区的多金属硫化物矿藏进行岩芯钻探取样。澳大利亚矿业公司也租用钻探船在新西兰专属经济区对多金属硫化物矿藏进行勘探。目前，发达国家对海洋固体矿产资源的开发已从地质资源调查阶段进入勘探取样阶段，并即将开始商业化开采。
逐步走向国际舞台中央
中国于1998年参加大洋钻探，当时只是参与国身份，每年交1/6的成员国费用。1999年，中国争取到了第一个大洋钻探航次，首次对南海进行大洋钻探即取得岩芯5460米，获取了气候演变周期性规律等重大成果。之后，我国多次参加大洋钻探航次，取得亚洲季风变迁和南海盆地演变等多项成果，培养和壮大了深海人才队伍。
2013年开始的大洋钻探第四阶段，中国不仅以全额会员身份加入该国际计划，还以“匹配性建议项目”的形式资助其航次，中国在国际大洋勘探领域的影响力逐渐提升。但由于缺少自己的大洋钻探船和相应设备，严重制约了我国深入参与大洋钻探活动。
我国自20世纪70年代开始进行海洋矿产资源勘探，但由于没有大洋钻探船，只能利用“大洋一号”“海洋六号”和“海洋18号”等船以及蛟龙号、“海龙”号、“潜龙”号等潜水器。近年来，为满足海洋矿产资源勘探需求，国内机构积极开展大洋钻探船的设计和建造，积累了宝贵的经验。
中国海洋石油集团有限公司所属“海洋石油708”船，具有探测天然气水合物、大洋浊流沉积和浅层高压水等功能，可在3000米水深实施工程地质勘察(钻孔)和工程地质特性测试。中国船舶工业集团公司第七○八研究所联合国内高校和船厂，完成拥有自主知识产权的3000米水深钻井船的总体方案开发，并通过挪威船级社的审查。2011年9月，上海船厂船舶有限公司与华彬集团旗下公司签署1500米水深钻井船建造合同，这是国内首个拥有自主知识产权并负责完整建造的钻井船项目，首制船已于2016年交付。
期待大洋钻探船中国造
“目前我国正大力发展深海科学技术，对大洋钻探船的需求迫在眉睫。”自然资源部国家深海基地管理中心技术部副主任杨磊认为，我国可参考国外大洋钻探船建造经验，结合我国深海矿区的位置、水深和环境等因素，合理设计大洋钻探船的船型、总体布置、推进和定位系统、钻探和岩芯采集系统以及船载实验室等，为自主建造大洋钻探船提供指导。
在船型方面，目前主要包括倾斜式船艏和斜直式船艏。倾斜式船艏在满载水线以上的部分较瘦削，具有纵摇运动幅度小、波浪中阻力增加少、甲板面积大等优点，但影响航行速度;斜直式船艏在满载水线以上的部分呈前伸形式，在满载水线以下的部分保留垂直形式，具有纵摇运动幅度小、甲板面积大等优点，并兼顾航行快速性。“我国大洋钻探船的傅汝德数应在0.2以下，阻力成分中兴波阻力占比较小，因而可采用斜直式船艏型式。”杨磊说。
在总体布置方面，特别是钻探和岩芯采集系统以及船载实验室的布置，须充分考虑作业流程的需求。钻探和岩芯采集系统集中布置于船舯后部，井架布置于船舯部，便于实施钻探作业;实验室布置于船艏部的住舱与船舯部的钻探和岩芯采集系统之间，实验室后部与钻探和岩芯采集系统相邻，可缩短输运距离，便于及时开展岩芯实验研究。
在推进和定位系统方面，我国大洋钻探船应兼具自航能力和动力定位能力，可采用全回转推力器和管隧式推力器相结合的方式，实现无级变速航行和原地回转功能，动力定位等级为DP-2。
在钻探和岩芯采集系统方面，目前主要包括无隔水管和隔水管两种钻井方式。无隔水管钻井方式的优势是无须携带大量立管和防喷装置，避免占用装载量，可有效控制船舶尺度，降低船舶建造和运行费用，但缺点是钻探深度较浅。采用隔水管钻井方式，可有效提高钻探能力，但须携带大量立管和防喷装置，导致船舶尺度较大、排水量和运行费用较高。
杨磊表示，考虑到南海和西南印度洋多金属硫化物矿区以及西太平洋等海域的水深，建议大洋钻探船采用无隔水管钻井方式，将排水量控制在57500吨的“地球”号和10500吨的“乔迪斯·决心”号之间，在不大幅提高建造和运行费用的前提下，确保可满足各海域钻探取样需求，并研发“非立管泥浆返回系统”，有效控制船舶尺度、降低建造和运行成本。
此外，鉴于“乔迪斯·决心”号的钻柱运动补偿系统采用传统的游车型，我国大洋钻探船可考虑采用更先进、补偿精度更高的天车型钻柱运动补偿系统或主动绞车补偿系统。船体内的泥浆系统可根据需求进行规划，须配置高压泥浆泵系统、低压泥浆池系统、散装泥浆和水泥系统、配浆系统和高压固井系统等，以便服务海洋石油开采的钻表层钻井、修井、堵井、弃井和完井等作业。
杨磊表示，功能齐全、设备先进和布局合理的大洋钻探船是我国深海矿产资源勘探和开发利用的重要技术支撑平台，应尽快建造并投入使用。
链 接
●“格罗玛·挑战者”号
“格罗玛·挑战者”号船长121米、宽19米，满载排水量10500吨，是世界首艘可在水深大于6000米海底实施钻探的船舶。配备动力定位系统，可在风力9级时正常作业。配置纵横摇补偿和升沉补偿系统，保证船舶的纵摇和横摇不超过9°。该船于1968年～1983年共完成96个航次，在除北冰洋外的各大洋的624个站位钻井1112口，采用无隔水管钻井方式，取得岩芯超过9.7万米，创造多项深海钻探记录。该船目前已退役。
●“乔迪斯·决心”号
“乔迪斯·决心”号船长143米、宽21米，满载排水量16800吨，具备操作9150 米钻杆的能力，最大作业水深8235米。迄今为止，该船共完成165个航次，在905个站位钻井2500口。该船采用倾斜式船艏型式，满载水线以上的部分较瘦削，兼具自航能力和动力定位能力。由于建造时间较早，该船推力器数量较多、功率较低，在船舶动力定位性能方面不具优势。艉部螺旋桨虽功率较高，但在斜向环境条件下推力缩减较多，难以充分发挥作用。
该船采用无隔水管钻井方式，无需下放防喷器组。钻探和岩芯采集系统集中布置于船舯后部，井架布置于船舯部，钻杆主堆场布置于井架后部，散料罐布置于船舯部两侧，泥浆泵和泥浆池布置于月池后部的船体内，同时配置2台泥浆泵、6个泥浆池和8个散料罐。
●“地球”号
“地球”号是世界首艘采用隔水管的大洋钻探船。该船长210米、宽38米、型深16.2米，满载排水量57500吨，具备操作1万米钻杆的能力，最大作业水深2500米，具备升至4000米的能力。
“地球”号采用斜直式船艏型式，兼具自航能力和动力定位能力。采用电力推进的方式，配备6台4200千瓦的全回转推力器，分2组呈“品”字形布置，艏部3台和艉部靠前1台采用可伸缩形式，可在波高5.5米、风速58节和流速1.5节的环境条件下，满足有利艏向30°的定位要求。该船采用隔水管钻井方式。