„Manatee II“ bohrt in 2.000 Metern Tiefe nach brennbarem Eis und ist wirklich beeindruckend!

Am 7. April 2021 gegen 23:00 Uhr wurde das erste Großloch-Tiefdruckkernbohrsystem meines Landes, „Manatee II“, unter Leitung der Hunan University of Science and Technology auf dem Forschungsschiff Marine Geology II transportiert und bohrte erfolgreich 231 Meter tief in das Südchinesische Meer, in einer Tiefe von mehr als 2.000 Metern. In dieser Tiefe wurden brennbare Eisproben entnommen, wodurch die weltweite Tiefseebohrtiefe erweitert wurde.

Warum tief im Meer bohren? Wie funktioniert die Offshore-Bohrinsel „Manatee II“? Wo ist der technologische Durchbruch? Heute erfahren wir etwas über die Offshore-Bohrinsel, eine äußerst schwierige und mächtige nationale Waffe.

Wie schwierig ist es, unter die Erde zu gelangen?

Das Innere der Erde besteht von außen nach innen aus Kruste, Mantel und Kern. Die Kruste ist eine dünne Schicht auf der Oberfläche und ihre Schnittstelle zum Mantel ist die Moho-Diskontinuität. Seine durchschnittliche Dicke beträgt nur 17 km. Verglichen mit dem durchschnittlichen Radius der Erde (6378 km) ist dies sogar weniger als die Dicke einer Eierschale im Verhältnis zu einem Ei. Und bisher ist es dem Menschen nie gelungen, diese Dicke zu durchbrechen.

Der allgemeine Prozess des Bohrens bis zum Boden besteht darin, den vorhandenen Bohrstangen kontinuierlich neue Bohrstangen hinzuzufügen, um weitere Bohrungen zu erreichen. Während der Bohrer bohrt, spritzt die Bohrstange Wasser mit hoher Geschwindigkeit, um das zerbrochene Gestein und die Erde auf den Boden zu spülen und so ein tiefes Loch im Boden zu erzeugen.

Bei der Suche nach Mineralien werden Gesteins- und Bodenproben aus einer bestimmten Tiefe benötigt. Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, zunächst ein Loch bis zu einer Position nahe der erforderlichen Tiefe zu bohren, dann den Bohrvorgang zu beenden und es durch einen anderen Bohrer – einen Kernbohrer – zu ersetzen. Das dazugehörige Bohrgestänge (auch Bohrwerkzeug genannt) wird Kernrohr genannt.

Die heute übliche Kernbohrtechnik wird als Seilkerntechnik bezeichnet. Dabei wird das Kernrohr durch das Drahtseil abgesenkt, der Kern gebohrt und anschließend geborgen.

Es gibt viele Faktoren, die bestehende Technologien einschränken, wie zum Beispiel:

① Es ist sehr umständlich, ständig neue Bohrrohre anzuschließen.

2. Bei hohen Temperaturen kann das Material des Bohrers weich werden, was die Funktionsfähigkeit des Bohrers beeinträchtigt.

3. Der Druck in Gestein und Boden ist hoch und das tiefe Loch stürzt ein, wenn die Lochwand nicht rechtzeitig geschützt wird.

④ Je länger die Bohrstange, desto schwieriger ist sie zu kontrollieren. Außerdem kann es durch die eigene Schwerkraft leicht abgedreht oder abgezogen werden, wodurch die effektive Übertragung der Torsionskraft beim Drehbohren erschwert wird.

Es gibt viele weitere Faktoren, die das Betreten des Geländes erschweren. Aufgrund der Anforderungen der Ölindustrie ist die Bohrtechnologie an Land jedoch mittlerweile relativ ausgereift. Eine in meinem Land entwickelte Landbohranlage, die „Crust No. 1“, kann bereits eine Bohrtiefe von 10.000 Metern erreichen.

Was befindet sich auf dem Meeresboden?

Seit unserer Kindheit wird uns beigebracht, dass mein Land eine Fläche von 9,6 Millionen Quadratkilometern hat. Viele Menschen wissen tatsächlich nicht, dass mein Land auch über etwa 3 Millionen Quadratkilometer Seegebiet verfügt. Zu den Seegebieten meines Landes zählen derzeit insbesondere 77.000 Quadratkilometer des Bohai-Meeres (unseres Binnenmeers), 315.000 Quadratkilometer des Gelben Meeres (angrenzend an Nordkorea und Südkorea; auf Grundlage des Prinzips der ausschließlichen Wirtschaftszone hat mein Land die Gerichtsbarkeit über etwa 80 % des Gelben Meeres), 508.000 Quadratkilometer des Ostchinesischen Meeres (angrenzend an Japan; auf Grundlage der Regeln zur ausschließlichen Wirtschaftszone und der Abgrenzung des Festlandsockels hat mein Land die Gerichtsbarkeit über etwa zwei Drittel des Ostchinesischen Meeres) und etwa 2,1 Millionen Quadratkilometer des durch die Neun-Segment-Linie abgegrenzten Seegebiets im Südchinesischen Meer.

Der Ozean verfügt über fast alle Ressourcen, die auch an Land verfügbar sind, und auch über einige Ressourcen, die an Land nicht verfügbar sind. Derzeit hat man die folgenden sechs Kategorien entdeckt: 1 Öl und Erdgas; 2 feste Mineralien wie Kohle und Eisen; ③ Küstenseifenlagerstätten; ④ polymetallische Knollen und kobaltreiche Mangankrusten; ⑤ hydrothermale Lagerstätten; ⑥ brennbares Eis.

Die Meeresböden des Ostchinesischen Meeres und des Südchinesischen Meeres sind reich an Öl- und Gasvorkommen. Schätzungen zufolge beträgt die Menge der brennbaren Eisvorkommen allein im Südmeer meines Landes 70 Milliarden Tonnen Öläquivalent, was etwa der Hälfte der gesamten Öl- und Gasvorkommen an Land meines Landes entspricht. Aufgrund der rauen Meeresbodenbedingungen fehlen meinem Land die technischen Mittel zur Erkundung von Tiefseeressourcen und die Untersuchungen in Tiefseegebieten sind noch immer unzureichend. Für die Menschen ist es schwierig, zu wissen, wie viele Meeresbodenmineralien es in den riesigen Meeresgebieten gibt.

Tiefseebohrinsel Manatee II: Bohren ins Meer und in den Boden – Rekord mit einer Bohrtiefe von 231 Metern

Um die Ressourcen der Tiefsee zu erkunden, hat mein Land mit der Entwicklung von Offshore-Bohrinseln begonnen. Offshore-Bohrinseln müssen jedoch ins Meer und in den Boden vordringen, was leichter gesagt als getan ist. Nach mehr als zehn Jahren Forschung und Entwicklung hat mein Land im Bereich der Offshore-Bohrinseln schrittweise die internationale Spitzenposition erreicht. Im Jahr 2015 hatte die Offshore-Bohrinsel Manatee eine Tiefe von 60 Metern auf dem Meeresboden erreicht.

Um die Methanhydratvorkommen in der Tiefsee zu erkunden, muss neben der Vergrößerung der Bohrtiefe auch der Druck auf die Probe während der Kernbohrung aufrechterhalten werden, um sicherzustellen, dass das Methanhydrat in den entnommenen Kernen noch immer eine eisige, feste Substanz ist. Daher wurde die Tiefseebohrinsel Manatee II weiterentwickelt.

Das Ziel des „Manatee II“-Tiefenbohrsystems mit großen Bohrlöchern und Druckhaltung im Meeresboden ist die Entwicklung eines Tiefbohrsystems mit großen Bohrlöchern und Druckhaltung im Meeresboden mit einer Betriebswassertiefe von mindestens 2.000 Metern, einer Bohrtiefe von mindestens 200 Metern und einer Erfolgsquote bei der Druckhaltung von mindestens 60 %, mit dem die Exploration der Erdgashydratvorkommen (brennbares Eis) im Meeresboden meines Landes effektiv möglich ist. Die Bohrinsel „Manatee II“ ist 7,6 Meter hoch, hat einen Taillenumfang von 10 Metern, wiegt 12 Tonnen und wiegt unter Wasser 10 Tonnen. Es handelt sich derzeit um das schwerste Unterwassergerät für geologische Erkundungen und wissenschaftliche Forschung in meinem Land. Es sieht aus wie ein riesiges Monster, aber wenn es den Meeresboden erreicht, ist „Manatee II“ so flexibel wie eine Schmerle. Am 7. April 2021 stellte Manatee II mit einer Bohrtiefe von 231 Metern einen neuen Weltrekord auf.

Wie kann „Manatee 2“ so tief bohren?

Damit die Meeresboden-Bohrinsel Löcher tiefer als 200 Meter bohren kann, müssen viele technische Probleme gelöst werden. Zu den zwei typischen Problemen gehören:

(1) Bohrgestänge-Lade-, Entlade- und Lagertechnologie unter Telemetrie und Fernsteuerung

Der Hauptunterschied zwischen einem tiefen und einem flachen Loch besteht darin, dass mehr als eine Bohrstange erforderlich ist. Viele Landbohranlagen verfügen über die Funktion, Bohrgestänge automatisch ein- und auszufahren, ihre Betriebsbedingungen sind jedoch viel besser, der Betriebsablauf kann direkt beobachtet werden und die Bohrgestänge können bei auftretenden Problemen manuell ein- und ausgefahren werden.

Das automatische Lager- und Entladesystem für Bohrgestänge und Kernrohre des Hainiu (das Produkt der ersten Generation des Hainiu II)

Manatee II verwendet ein Drehtischgestell zur Lagerung von Bohrstangen und Kernrohren und arbeitet mit einem Manipulator zusammen, um die automatische Installation und Entfernung von Bohrstangen zu ermöglichen. Die Manatee II verfügt über eine große Anzahl hochpräziser Telemetrie- und Fernsteuerungssensoren, die eine große Menge an Gerätedaten erfassen können. Es wurde mit einer Tiefseekamera zur Überwachung ausgestattet und die Zuverlässigkeit seines Designs wurde getestet.

(2) Bohrlochausrichtung und Bohrinselnivellierung sowie Anti-Rutsch-Technologie beim Anschließen und Entladen des Bohrgestänges

Jedes Mal, wenn ein Tieflochbohrer für U-Boote die Bohrung eines Kernrohrs abgeschlossen hat, müssen alle Bohrstangen mit einem Drahtseil aus dem Bohrloch gezogen, durch ein anderes leeres Kernrohr ersetzt und dann der Bohrer in das Loch eingeführt werden. Dieser Vorgang ist sehr zeitaufwändig und mühsam und stellt die Genauigkeit der Lochausrichtung auf die Probe.

Darüber hinaus ist es schwierig, die Meeresboden-Bohrinsel direkt auf dem Meeresboden zu befestigen. Wenn der Bohrer nach dem Herausheben aus dem Loch seitlich abrutscht, beeinträchtigt dies die nächste Bohrung. Daher benötigen die auf dem Meeresboden operierenden Tiefsee-Mitteltieflochbohrinseln eine absolut stabile Unterstützung. Um diese Funktion zu erreichen, wurde das Design der Beine der Bohrinsel Manatee II sehr detailliert durchdacht und verfügt nun über eine dreibeinige Konstruktion, die eine Nivellierung und stabile Platzierung auf dem Meeresboden ermöglicht.

Gutes Gefühl beim Abbau von Methanhydrat – neue druckhaltende Bohrwerkzeuge

Alle für den jeweiligen Einsatz der U-Boot-Bohrinsel erforderlichen Bohrwerkzeuge werden zusammen mit der U-Boot-Bohrinsel auf den Meeresboden herabgelassen. Nach jeder Bohrung wird das vom Bohrlochgrund geborgene Innenrohr zunächst im Bohrwerkzeuglager auf dem Rumpf der U-Boot-Bohrinsel gelagert. Nachdem die gesamte Bohrung abgeschlossen ist, wird sie zusammen mit der Bohrinsel auf das Deck des Mutterschiffs gehoben.

Um die ausgegrabenen Methanhydratproben in ihrem Zustand auf dem Meeresboden zu halten, muss ihr Druck aufrechterhalten werden. Daher muss im Kernrohr ein Mechanismus eingebaut werden, um den Umgebungsdruck aufrechtzuerhalten.

Durch die Konstruktion eines druckhaltenden Seilkernbohrgeräts wurde der Probendruck aufrechterhalten. Innerhalb von 6 Stunden betrug die Druckverlustrate dieses Bohrers im Hochdruckzustand (10–30 MPa, entsprechend dem Wasserdruck in einer Tiefe von 1.000–3.000 m in der Tiefsee) 10 %, wodurch die Probenqualität effektiv verbessert und die Genauigkeit der Bewertung der Erdgashydratreserven am Meeresboden weiter gesteigert wurde.

Um die Beziehungen zu unseren Nachbarländern zu erleichtern, haben wir uns schon vor einiger Zeit dafür ausgesprochen, gemeinsam Ressourcen in den betreffenden Gewässern zu erschließen. Tatsächlich ist die technische Hürde für die Erschließung von Tiefseeressourcen jedoch sehr hoch. Ohne die Technologie können Sie sie nicht entwickeln, selbst wenn Sie dazu aufgefordert werden. Ohne den Diamantbohrer sind die Porzellanarbeiten nicht möglich.

Gerade weil wir über leistungsstarke nationale Ausrüstung wie die Manatee II verfügen, nehmen wir bei der Erforschung und Nutzung von Tiefseeressourcen eine Vorreiterrolle ein. Mit dem Vordringen unserer Marine über die erste Inselkette hinaus wird unsere Marineausrüstung künftig einen wesentlichen Beitrag zur Rohstoffversorgungssicherheit unseres Landes leisten.

An diesem Punkt wird der Herausgeber dazu inspiriert, ein Gedicht mit sieben Zeichen zu verfassen. Die Manatee II erkundete das Meer und bohrte erfolgreich 231 Meter in einer Tiefe von über 2.000 Metern im Südchinesischen Meer und stellte damit einen neuen Rekord für die weltweite Bohrtiefe von Tiefsee-U-Booten auf. Es ist:

Schauen Sie auf die tiefen Wellen der Südsee, wo der eiserne Ochse des Meeres ein geheimnisvolles Loch gräbt.

Die Gipfel der Klippen und die tiefen Täler sind nicht zu fürchten, wir müssen nur die Drachenschuppen für die neun Staaten besorgen!