深海技術是國力的較量

□ 文/本刊記者 由然

美國：海底實驗步步深入

據(jù)介紹，美國是世界上最早進行深海研究和開發(fā)的國家，“阿爾文”號深潛器曾在水下4000米處發(fā)現(xiàn)了海洋生物群落，“杰遜”號機器人潛到了6000米深處。1960年，美國的“迪里雅斯特”號潛水器首次潛入世界大洋中最深的海溝—馬里亞納海溝，最大潛水深度為10，916米。

為了得到整個洋殼6000米的剖面結構，從而獲取地殼、地幔之間物質交換的第一手資料，美國自然科學基金會從1966年開始籌備“深海鉆探”計劃。1968年8月，“格羅瑪-挑戰(zhàn)者”號深海鉆探船第一次駛進墨西哥灣，開始了長達15年的深海鉆探。該船所收集的達百萬卷的資料已成為地球科學的寶庫，其研究成果證實了海底擴張，建立了“板塊學說”，為地球科學帶來了一場革命。在此后于1985年開始的“大洋鉆探計劃”和2003年開始的“綜合大洋鉆探計劃”這兩大國際合作計劃中，美國也以其先進的技術處于領導地位。

除了深潛器、機器人和深海鉆探船，美國領先于世界的最先進技術是深海科學觀測光纜。2007年4月，美國建成全長為52千米，主要負責向海洋900米深處的科學設備、攝像機以及水下機器人提供電力的電纜。

深海光纜，只是美國試圖在深海建立氣象觀測站的重要步驟之一。在此之前，人類進行的各種海底觀測都受到能量供應的限制，需要依賴深潛器之類的深海運載工具去補充耗盡的能量。而且，以前的方法還會遇到信息傳送的困難。美國的這一技術則是將觀測平臺放到海底，通過光纖網(wǎng)絡向各個觀測點供應能量、收集信息，可以進行多年連續(xù)的自動化觀測。科學家們可以在陸地通過網(wǎng)絡實時監(jiān)測自己的深海實驗，命令實驗設備監(jiān)測風暴、藻類勃發(fā)、地震、海底噴發(fā)等各種突發(fā)事件，完全革新了傳統(tǒng)辦法。

日本：深海探測一路領先

日本目前最宏偉的深海探測計劃是和深海探測船“地球”號聯(lián)系在一起。耗資約582億日元打造的“地球”號全長210米，排水量達5.75萬噸，是世界上最先進的深海探測船。

“地球”號的巨大鉆頭能向下伸展1萬米，使這艘探測船在水深2500米的深海海域也能鉆探到海洋地殼下方約7000米處的地幔。“地球”號運用豎管鉆探方式提升鉆探能力，這種鉆探方式可使鉆頭免受海流等的侵害。船上還配備有X射線CT掃描儀等先進的設備，無須破壞從海底鉆取的巖芯，就可以分析巖芯的內部構造。

2005年建設完工的“地球”號是一座高技術的流動實驗室，除幫助人們探究地球形成和巨大地震發(fā)生的機制，通過分析地幔的物質成分來預測地震外，它還擔負著研究地下生物圈以探索生命起源，以及追蹤過去氣候變化的痕跡的任務。

日本引以為豪的機器人技術也已經(jīng)用于深海探測當中。日本海洋研究開發(fā)機構的深海巡航探測器“浦島”就是一個自律型的深海探測機器人。“浦島”可根據(jù)內置計算機預先設定的程序，計算自己的位置，自主航行。由于擺脫了以往探測器必須通過電纜和母船相連的限制，“浦島”能夠在更廣闊的范圍內自動收集研究全球氣候變暖機制所必需的海水鹽分濃度、水溫等數(shù)據(jù)。

“浦島”正常工作的最大深度為3500米，可以靠近海底實施探測，因此能夠獲得清晰度很高的海底地形和海底以下地層構造的數(shù)據(jù)。它可以用鋰離子電池作為動力源，也可以使用燃料電池。“浦島”的燃料電池不和外界環(huán)境交換任何物質，技術遠比汽車用燃料電池先進。2005年2月，在燃料電池的驅動下，“浦島”創(chuàng)下了續(xù)航距離317公里的世界新紀錄。

日本海洋研究開發(fā)機構的1萬米級遙控無人探測器“海溝”也頗有建樹。“海溝”完成于1995年3月，它依靠光電復合電纜傳輸電力和信號。完成后不久，“海溝”就在綜合海上實驗中成功潛航至馬里亞納海溝10，911.4米深處。

之后，“海溝”確認了生活在水深3500米至10，897米的深海的6種有孔蟲，在馬里亞納海溝底部發(fā)現(xiàn)了約180種微生物。這些發(fā)現(xiàn)為研究地殼變動、古環(huán)境等提供了資料。

巴西：頂尖技術無以匹敵

超深水油田的開采存在許多棘手的問題，而在這一領域，巴西的能力不容小視。

巴西國內開采的石油80%來自海上油田，其中絕大部分集中在東南部里約熱內盧州沿海的坎普斯海盆（占巴西國內石油產(chǎn)量的85%）及鄰近海域。經(jīng)過多年發(fā)展，巴西石油公司在深海和超深海石油勘探開采領域具備了世界頂尖的技術和經(jīng)驗。

為了提高自身在1000米水深級別的石油勘探和生產(chǎn)技術的國際競爭力，巴西石油公司于1986年推出了第一個深海石油技術發(fā)展計劃（PROCAP）。2000年，巴西石油公司的目標直指水深2000米以上的超深海油田，力圖早日使在距水面3000米的海底進行商業(yè)開采變成現(xiàn)實。目前，3000米的目標已經(jīng)達到，機器人將采油設備運到海底安裝，輸油管將油井與水面上的船只連接，開采的石油就源源不斷地裝進了油船的船艙。

2007年11月，巴西石油公司宣布成功研發(fā)出一種新的海底原油開發(fā)技術，可使深水重油開采量提高近140%。這項新技術名為“海底離心泵系統(tǒng)”。通過這種新技術可日均產(chǎn)出2.4萬升原油，而利用常規(guī)技術時其產(chǎn)量僅為1萬升。這種離心泵系統(tǒng)還可延伸到傳統(tǒng)技術無法觸及的小型、邊緣和深水域油氣田。

俄羅斯：深海研發(fā)持續(xù)傾力

1987年9月，前蘇聯(lián)科學院海洋學研究所建成深海載人潛水器“和平1號”和“和平2號”。同年11月，潛水器開始進行試驗，第三次試驗已在水下6000米進行。“和平1號”潛水器最深達水下6170米，可持續(xù)工作14小時，“和平2號”潛水器可深入達6120米。

1987年到1990年間，這兩艘深海潛水器共在深海進行了8次科學考察。在當時，“和平號”已經(jīng)可以完成任何深度的水域科學考察任務。

目前，世界上可用的載人深潛器總共有5臺，其中美、日、法各擁有一臺，俄羅斯則擁有兩臺。俄羅斯的兩個潛水器可以放在同一條科考船上進行必須由兩個潛水器操作的科考活動，這是其他國家無法完成的任務。2007年8月俄羅斯北極科考隊出動深海潛水器，在北極點下潛至4000多米深的海底，安插俄羅斯國旗，充分顯示了俄在深海潛水器技術上的優(yōu)勢。

歐亞各國：不甘示弱欲占先機

其實，在深海勘探和開發(fā)方面技術領先的國家遠不止美、日、巴、俄四國，一些西歐和北歐的國家也各有擅長之處。另外，一些亞洲國家也想在這方面取得突破，贏得深海“圈地運動”的先機。

在深海石油開采方面，英國和挪威的鉆采平臺自給率達到80%，雖然其平臺裝備的鉆井、井控、固控等設備及海底完井設備約90%來自美國，但它們分別在動力定位技術、鉆機頂部驅動技術具有領先優(yōu)勢。

另外，法國的高壓石油軟管制造技術，半潛式、自升式平臺建造技術等著稱于全球；意大利的海上鋪管技術、管線涂敷技術、瑞典的動力定位鋪管技術、荷蘭的大噸位海上浮吊技術裝備及海底工程地質調查技術、德國的石油鉆井設備制造技術及儀器儀表技術均可稱冠于世界。

在亞洲，韓國可燃冰開發(fā)項目團成員于2007年6月乘坐韓國地質資源研究院的勘探船“探海2號”，在韓國附近海底成功采集到可燃冰，成為繼美國、日本、印度和中國之后第五個采集到可燃冰的國家。

韓國三星重工業(yè)公司擁有建造深海石油鉆探船的獨到技術。迄今為止，全球共發(fā)出17艘深海石油鉆探船的訂單，三星獲得其中11張。

石油巨頭：技術決勝深海開發(fā)

隨著陸地勘探困難的增加，一些資金和技術實力雄厚的國際石油公司，正將觸角伸向遠離陸地的大海深處。然而，能在海底世界擒住油龍的，只有那些掌握核心技術的世界級公司。

海上油氣開發(fā)的不斷發(fā)展，使海洋石油工程技術發(fā)生日新月異的變化。在深水油氣田開發(fā)中，傳統(tǒng)導管架平臺和重力式平臺正逐步被深水浮式平臺和水下生產(chǎn)系統(tǒng)代替，各種類型深水平臺設計、建造技術不斷完善。全球已有2300多套水下生產(chǎn)設施、204座深水平臺運行在各大海域。其中最大的工作水深張力腿平臺（TLP）已達1434米、浮式生產(chǎn)儲油裝置（FPSO）為1900米、多功能半潛式平臺達到1920米、水下作業(yè)機器人（ROV）超過3000米，采用水下生產(chǎn)技術開發(fā)的油氣田最大水深為2192米，最大鉆探水深為3095米。

與此同時，深水鉆井裝備和鋪管作業(yè)技術也迅猛發(fā)展。全球已有14艘在役鉆探設施具備3000米水深鉆探作業(yè)能力，第六代深水鉆井船工作水深已達到3658米，深水起重鋪管船起重能力達1.4萬噸。

海洋石油開發(fā)工程技術，特別是深水工程技術是當代石油開發(fā)方面前沿技術之一，有著廣闊應用前景，并且能帶來顯著經(jīng)濟效益。很多國家已將開采海洋石油資源列為國家戰(zhàn)略而大力推進。