【石油與裝備】高德利院士：深地深海礦產資源開發，亟待創新破局
發布時間:2025-04-03 | 來源：?石油與裝備 | 瀏覽量：
在當今全球資源需求不斷攀升的大背景下，深地深海礦產資源開發成為了保障資源供給、推動經濟持續發展的關鍵領域。中國科學院院士、中國石油大學（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域，在第三屆石油技術與裝備院校長論壇暨第十七屆國際石油天然氣產業大會上，針對深地深海礦產資源開發，分享了極具前瞻性與深度的創新思考 。
高院士指出，深地深海礦產資源的高效開發，是支撐經濟社會發展的重要戰略基石。目前，深地礦產資源鉆采已取得顯著進展，在國內外備受關注。而海洋覆蓋地球表面超71%，其礦產資源開發潛力巨大，尤其是深海深水區域，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的礦產資源，供需矛盾突出，成為現代化建設進程中亟待解決的嚴峻挑戰。開發深地深海領域豐富的礦產資源，成為滿足我國現代化建設資源需求的必由之路，這也對相關工程技術與裝備支撐能力提出了更高要求，亟待持續創新驅動與實踐探索。
鉆采工程作為 “入地、下海” 獲取礦產資源的關鍵通道，涵蓋鉆井、完井、生產、測控及維護等多個復雜且成本高昂的工程環節，對整個資源開采至關重要。此前，《前瞻科技》出版的 “油氣鉆采科學技術專刊”，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。
深水鉆采科技創新：機遇與挑戰并存
石油和天然氣的深水鉆采（區別于深海）是全球熱點領域，但因其高技術、高風險、高投入的特性，仍面臨諸多挑戰。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展，相關科技創新成果與團隊緊密相關。深水鉆采的一大特點是將井口置于海底，與中淺水作業截然不同，在超500米水深的深水海域，水下井口建設成本高昂，且人飽和潛水難以企及，整個鉆井系統極為復雜，歷經多年在前人基礎上持續創新研究。
相關裝備不斷迭代發展，“五型六船” 的進步帶動了多個行業協同發展，我國成功鉆取多口超深水勘探井，“深海 1 號” 超深水氣田開發項目更是榮獲去年國家科技獎。不過，南海仍有大量礦產資源區塊尚未觸及，開發面臨多重挑戰，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進行協調談判等。
高院士曾主持咨詢項目，梳理了深水鉆采技術與裝備創新需求，從勘探開發到工程層面，分解為4個層級及50多項技術裝備，并在《科技導報》發表，供業內參考研究。
深海采礦科技創新：探索行業融合新路徑
在4000米至6000米的深海海底，蘊藏著豐富的多金屬結核，包含錳、鎳、鈷、銅、鐵等我國高度依賴的寶貴礦產資源，部分礦產對外依存度超 95%，高于石油。盡管深海多金屬結核資源儲量遠超陸地，但目前商業化開采面臨重重困難，相關基礎研究正在積極推進。我國已在太平洋地區申請相關區塊，急需構建配套技術與裝備實現開采。
針對深海采礦，業內提出多種設想，其中行業交叉融合成為具有潛力的發展方向，例如將深海采礦與油氣鉆采方式相結合。去年，國家自然科學基金委啟動由高院士負責的深海采礦重大基金項目，聚焦深海多金屬結核高效采輸系統中的重載裝備安全行進、海底礦物高效收集與可靠輸運、系統整體協調等關鍵問題，開展多學科交叉研究，借鑒深水鉆采原理與經驗，致力于構建新理論、新方法，創建總體設計與風險防控體系。
深地鉆采科技創新：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，我國愈發重視深地油氣勘探開發，超7000米的超深鉆井已有數百口，超9000米的特深井或深地鉆采不斷涌現。然而，當前井身結構難以滿足深地鉆探需求，傳統上大下小的井身結構在深鉆后井眼空間受限，膨脹管技術多年來推廣遇阻。深地鉆采急需安全、綠色、高效的創新，信息化與智能化技術至關重要。
全球鉆采工程作業數據顯示，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難題，如高溫高壓問題，嚴重制約相關研究與實踐。
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鍵技術裝備，備受國內外關注，研發與實踐持續取得進展。同時，鉆柱振動問題作為復雜力學難題，受井眼約束，模態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，深地深海礦產資源雖已備受關注，但挑戰重重，必須堅持創新驅動研究與實踐。當前礦產資源勘探開發在超深水、深地工程領域已取得一定成果，但后續工作任重道遠。尤其要重視跨行業交叉融合發展，深地深海領域的復雜工程研究，只有通過多學科交叉才能實現突破。此外，要積極擁抱信息化、智能化乃至人工智能技術，盡管鉆采工程行業應用難度較大，但開發 “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）
