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定向取芯技术调研指南
2025/05/30·StepFun can make mistakes, check important info.
我想做定向取芯技术的调研，要求：调研国内外做相关技术开发或研究的单位；定向取芯技术的实现方法原理；涉及的钻探工具和设备；定向取芯技术的应用情况及价值分析。

为了更好地完成定向取芯技术的调研，我需要了解几个关键信息：

  1. 您对定向取芯技术的调研是针对哪个特定行业或应用领域(如石油天然气、地质勘探、矿产资源等)？不同领域的技术重点和应用价值可能有所不同。

  2. 您希望调研报告的时间跨度是怎样的？是关注最新技术发展(如近5年)，还是需要包含历史发展脉络？

  3. 您对调研报告的侧重点有什么特别要求？例如是更关注技术原理、设备参数，还是更关注经济效益、应用案例等方面？

1.海洋地质勘探2.近十年3.没有特别要求

定向取芯技术调研任务

我将为您进行海洋地质勘探领域定向取芯技术的调研，重点关注近十年的发展情况。具体调研内容将包括：

调研内容

  1. 国内外研究单位：调研国内外从事海洋地质勘探定向取芯技术开发或研究的主要单位

  2. 技术实现方法原理：分析定向取芯技术的基本原理和主要实现方法

  3. 钻探工具和设备：详细介绍涉及的钻探工具和设备，包括取芯工具系统、钻探平台与设备、井下测量与控制系统等

  4. 应用情况及价值分析：研究定向取芯技术在海洋地质勘探领域的应用情况，并从科学价值、经济价值和社会价值等方面进行分析

时间范围

重点关注近十年（2014-2024年）的技术发展情况

调研方法

  • 文献综述
  • 技术报告分析
  • 专利检索
  • 行业动态跟踪

我将全面收集相关资料，为您提供一份详实的调研报告。

Deep Research

问题拆解

  1. 用户已明确调研任务的核心是“海洋地质勘探领域的定向取芯技术”。
  2. 用户已明确调研的时间范围是“近十年”（即2015年至2025年）。
  3. 用户已明确调研的具体内容维度包括：
    • 国内外从事相关技术开发或研究的单位。
    • 定向取芯技术的实现方法原理。
    • 涉及的钻探工具和设备。
    • 定向取芯技术的应用情况。
    • 该技术的价值分析。
  4. 用户已明确对报告的侧重点“没有特别要求”，意味着需要对上述各个方面进行全面、均衡的调研。
  5. 基于以上信息，任务需求已经足够明确和完整，可以制定详细的行动计划。

行动计划

  1. 初步研究与定义界定：

    • 对“定向取芯技术”在“海洋地质勘探”背景下的具体内涵、关键技术点（如方位控制、倾角控制、原位定向信息获取等）进行初步的文献回顾和理解，确保调研方向的准确性。
    • 明确“近十年”（2015年至2025年）作为信息检索和筛选的时间基准，关注此时间段内的技术进展和重要突破。
    • 信息来源参考：综合性学术搜索引擎（如Google Scholar进行初步概念检索）、专业百科全书（如百度百科、维基百科等用于基础定义理解）。

  2. 系统性信息搜集 - 国内外研究单位：

    • 通过检索国际及国内主要的学术数据库、科研机构官方网站、行业协会名录以及相关的行业会议论文集与报告，识别并整理出在海洋地质勘探定向取芯技术领域有显著成果或正在积极开展研发工作的高等院校、国家级/部级研究机构、以及相关的技术服务公司或设备制造企业。
    • 信息来源参考：
      • 学术数据库：Web of Science, Scopus, Google Scholar, 中国知网, 万方数据等。
      • 科研机构官方网站：国际海洋研究计划/机构（如IODP - International Ocean Discovery Program, JAMSTEC - Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, GEOMAR - Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel），国家地质调查机构（如中国地质调查局及其下属海洋地质研究所，USGS - United States Geological Survey）。
      • 行业协会与会议资料：相关海洋工程、石油地质等行业协会网站，国际重要会议（如Offshore Technology Conference - OTC）的论文集和参展商名录。
      • 企业官方网站与报告：知名的海洋工程、油气技术服务公司（如Schlumberger, Baker Hughes, Halliburton, CNOOC等）和钻探设备制造商的公开技术资料、年度报告和新闻发布。

  3. 深入信息挖掘 - 技术原理与实现方法：

    • 系统查阅近十年的学术期刊论文、专业会议报告、技术专著以及专利文献，深入研究定向取芯技术的各种实现路径（例如基于随钻测量（MWD/LWD）的导向钻进取芯、利用井下可控马达或旋转导向系统（RSS）的精确轨迹控制取芯、以及岩芯定向标记与测定方法等）及其核心工作原理。
    • 信息来源参考：
      • 专业期刊：海洋地质、石油工程、钻探技术等领域的专业技术期刊（例如《Marine Geophysical Researches》,《Journal of Applied Geophysics》,《SPE Drilling & Completion》,《石油钻探技术》,《海洋地质前沿》,《地球物理学报》等）。
      • 专利数据库：国际和主要国家专利数据库（如WIPO PATENTSCOPE, Espacenet, USPTO Patent Full-Text and Image Database, CNIPA - 中国国家知识产权局专利检索及分析系统）。

  4. 专项信息搜集 - 钻探工具与设备：

    • 调研与海洋定向取芯技术相关的关键钻探工具链和配套设备系统，包括但不限于：专用定向取芯钻具组合（含取芯管、岩芯抓取器、定向接头/刻划器等）、井下动力钻具（如螺杆钻具、涡轮钻具）、随钻测量与地质导向系统（MWD/LWD，包含高精度姿态传感器如陀螺仪、磁力计、加速度计，以及地质导向传感器）、旋转导向系统（RSS）、地面控制与数据处理系统、以及岩心定向的地面校准和解译设备与软件。
    • 收集其主要技术规格、性能参数、适用工况、主要供应商以及近十年的技术改进与创新。
    • 信息来源参考：
      • 设备制造商与服务商官方资料：国际和国内主要的海洋钻探设备制造商和技术服务公司的官方网站、产品样本、技术白皮书。
      • 行业展会与出版物：重要的行业技术展览会（如OTC, CIPPE）的公开资料、技术交流文件和行业杂志。

  5. 案例与应用调研 - 应用情况与价值分析：

    • 搜集定向取芯技术在不同海洋地质勘探目标中的实际应用案例，特别是在天然气水合物资源勘查、深海多金属结核/硫化物矿床评价、海底隧道及工程地质调查、大陆边缘构造研究、古海洋与古气候重建等科学钻探项目中的应用。
    • 基于已发表的科研项目成果、应用案例分析报告、行业评估和专家访谈（若有公开记录），系统分析该技术在提高目标地层钻遇率、获取高保真度定向岩芯样品、精确揭示地层结构与产状、优化资源评价、降低勘探开发风险与成本、以及推动深海科学认知等方面的具体价值和潜在的经济社会效益。
    • 信息来源参考：
      • 科研项目与航次报告：相关科研项目的公开报告和成果数据库（如IODP航次报告及后续出版物）。
      • 应用案例研究论文：学术期刊中关于定向取芯技术应用的案例研究和方法应用论文。
      • 行业报告与新闻分析：行业期刊、专业新闻报道以及相关研究机构和国际组织的评估报告、市场分析报告。

  6. 信息整合与报告框架细化：

    • 对收集到的所有信息进行严格的筛选、去重、分类和系统化整理。
    • 通过对比分析国内外技术发展现状、主要研究单位的特色与贡献、不同技术路线的优缺点及适用性，提炼核心观点。
    • 根据调研任务的四个核心要求，进一步细化报告的章节结构，确保逻辑严谨、层次清晰、内容详实，为最终撰写一份全面、准确反映海洋地质勘探定向取芯技术全貌的研究报告奠定坚实基础。

定向取芯技术调研报告

1. 引言

定向取芯技术是一种能够获取反映岩心在井下原始方位信息的取芯方法。通过分析定向岩心，可以了解地层的倾角、走向、裂缝发育情况、沉积构造以及储层参数的各向异性等重要地质信息。在海洋地质勘探领域，定向取芯技术对于资源评估、科学研究和工程应用具有重要价值。本报告将系统调研国内外相关技术研发单位、技术原理、钻探工具设备以及应用价值，为相关领域的研究和应用提供参考。百度百科

2. 国内外研究单位

2.1 国内研究单位

2.1.1 科研院所

  1. 中国地质调查局勘探技术研究所：在绳索取芯、定向取芯方面拥有多项专利和获奖记录，如"一种组合中空井底动力绳索取芯钻进装置"、"一种具有复合功能的绳索定向取心钻进装置"、"一种海底天然气水合物岩心保压取心钻具"等。该所研发的井底动力硬岩取心钻具（中空螺杆马达取心器具）已成功海试，采用泥浆驱动钻头回转，钻杆不回转，提高了钻孔稳定性和钻具安全性，取心率较高，为大洋科学钻探硬岩取心提供了新技术。cniet.cgs.gov.cn

  2. 广州海洋地质调查局：参与海底磁方位仪的研发，运营"梦想"号大洋钻探船，承担大洋科考钻探任务。在海底定向技术方面有深入研究，特别是在海底磁方位仪的工作原理和技术方法方面取得了重要进展。北京仁和汇智信息技术有限公司澎湃新闻

  3. 自然资源部天然气水合物重点实验室：依托中国地质调查局青岛海洋地质研究所，开展天然气水合物勘探、开发相关的基础研究和技术研发，包括取样技术。在天然气水合物保温保压取样技术方面有专门研究。天然气工业

2.1.2 高校

  1. 湖南科技大学（万步炎教授团队）：研发"海牛"系列深海海底钻机系统与取芯技术，获国家技术发明奖。该系统具备全过程智能感知与控制、大孔深全孔全程保压取芯、复杂地层智能化高取芯率等特点，解决了深海海底固体矿产资源钻探、工程地质勘察、天然气水合物保压取芯等难题。新浪财经今日头条

  2. 同济大学海洋地质国家重点实验室：作为IODP中国办公室依托单位，深度参与国际大洋发现计划，在南海深海钻探方面取得重要成果，是中国海洋科学钻探的重要力量。网易同济大学新闻网

2.1.3 企业

  1. 中国海洋石油集团有限公司（中国海油）：在深水-超深水天然气水合物钻探取样领域具备全套国产化技术水平和全过程作业能力。人民网

  2. 中国铁建重工集团股份有限公司：拥有定向取芯工具相关专利，如"一种定向取芯工具及其钻机轴承组件"专利(授权公告号CN114809905B)。

2.2 国际研究单位

  1. 国际大洋发现计划(IODP)及其前身（DSDP, ODP）：是地球科学领域规模最大的国际合作研究计划，利用钻探船（如美国"决心"号、日本"地球"号、欧洲特定任务平台）进行海底取芯和测井，推动了包括保温保压取芯在内的多种取芯技术发展。

  2. 斯伦贝谢(Schlumberger, SLB)：全球领先的油田服务公司，在定向钻井和取芯技术方面有丰富经验。推出基于人工智能的钻井机器人，可实时解析地质数据并自动调控钻井参数；其GeoSphere技术采用深层定向电磁测量，提供深部调查能力。

  3. 贝克休斯(Baker Hughes)：全球大型油气技术服务公司，在导向钻井等领域有技术积累，为海洋石油勘探提供先进的定向钻井和取芯技术。

  4. 哈里伯顿(Halliburton)：全球领先的油田服务公司，提供包括钻井、完井、地层评价、旋转导向技术等在内的各类产品和服务，在定向钻井和取芯技术方面有丰富经验。

3. 定向取芯技术的实现方法原理

3.1 基本原理

定向取芯技术的核心原理是在取芯过程中保留岩心的原始方位信息，使取出的岩心能够反映其在地层中的真实空间位置和方向。主要通过在岩心上做标记，并测量这些标记相对于地理方位的关系，从而确定岩心的原始方位。搜狗百科

3.2 技术流程

定向取芯技术的基本流程包括以下几个步骤：

  1. 岩心标记：在岩心未改变原始方位前，使用刻痕刀等工具在岩心上做标记。
  2. 测量记录标记的定向数据：利用多点测斜仪等工具测量并记录标记的定向数据。
  3. 测量井斜和井斜方位：确定钻孔的倾角和方位角。
  4. 采用特殊取芯工具获取带标记岩心：使用内筒不转动的单动双管取芯工具等特殊设备获取带有标记的岩心。
  5. 岩心取出后的地面复位解译：将取出的岩心根据标记进行方位复原和解释。

3.3 主要技术方法

3.3.1 机械刻划法

通过在岩心上机械刻划标记，记录岩心的原始方位。这种方法简单可靠，但精度相对较低，适用于较硬的岩石。

3.3.2 电子定向法

利用高精度陀螺仪、磁力计、加速度计等电子传感器组成的随钻测量系统，实时测量钻孔的顶角、方位角、孔深、岩芯航向角等参数。这种方法精度高，适用于各种地层条件。X技术

3.3.3 海底磁方位仪技术

海底磁方位仪是实现海底定向测量的关键设备，其工作原理是利用地球磁场进行方位测量。在无电器设备环境下，定向精度可小于1°，有电器设备环境下约为3-5°，能满足当前海洋地学调查需求。

3.3.4 保温保压取芯技术

特别适用于天然气水合物等特殊样品的取样。这种技术能使取出的岩心始终保持在地层中的原始压力状态和原始温度状态，并成功回收至海面，对于获取高质量水合物样品至关重要。百度百科

4. 涉及的钻探工具和设备

4.1 取芯工具系统

4.1.1 取芯筒

取芯筒是定向取芯的核心设备，通常由内筒和外筒组成。内筒用于接收岩心，外筒与钻柱连接并传递钻进动力。根据工作方式可分为：

  1. 单动双管取芯工具：内筒不转动，外筒随钻柱旋转，适用于定向取芯。
  2. 双动双管取芯工具：内外筒均旋转，适用于普通取芯。
  3. 保压取芯工具：能够保持岩心在原始压力状态，特别适用于天然气水合物等特殊样品的取样。

4.1.2 岩心定向器

岩心定向器用于在岩心上做标记或测量岩心的方位，主要包括：

  1. 机械式定向器：如刻痕刀，在岩心上做机械标记。
  2. 电子式定向器：如磁阻式随钻定向仪，由加速度计传感器、磁阻计传感器等组成，能够测量钻孔的顶角、方位角、孔深、岩芯航向角等参数。

4.2 钻探平台与设备

4.2.1 海底钻机

海底钻机是海洋地质钻探的关键装备，相比钻探船具有在海底完成取芯、受海况影响小、成本较低等优势。关键技术包括液压动力技术（含压力补偿）、动力头与钻管接卸技术、钻进取芯技术（如提钻取芯和绳索取芯）。网易

  1. "海牛"系列深海海底钻机：湖南科技大学万步炎教授团队研发，具备全过程智能感知与控制、大孔深全孔全程保压取芯、复杂地层智能化高取芯率等特点，解决了深海海底固体矿产资源钻探、工程地质勘察、天然气水合物保压取芯等难题。

4.2.2 钻探船

  1. 大洋钻探船"梦想"号：我国自主设计建造，钻采系统国际领先，最大钻深可达1.1万米，具备多种钻探模式和取心方式，可满足大洋钻探取心和深海资源勘探需求。

  2. 国际钻探船：如美国"决心"号、日本"地球"号等，是IODP计划的主要钻探平台，具备先进的取芯和测井能力。

4.3 井下测量与控制系统

4.3.1 随钻测量系统(MWD)

随钻测量系统能够在钻进过程中实时测量钻头位置、井斜、方位角等参数，为定向取芯提供精确的空间位置信息。

4.3.2 随钻测井系统(LWD)

随钻测井系统能够在钻进过程中获取地层物性参数，如电阻率、伽马射线等，为定向取芯提供地质背景信息。

4.3.3 旋转导向系统(RSS)

旋转导向系统能够在钻进过程中精确控制钻头方向，提高定向钻进的精度和效率。

4.4 特殊取芯设备

4.4.1 井底动力硬岩取心钻具

中国地质调查局勘探技术研究所研发的井底动力硬岩取心钻具（中空螺杆马达取心器具）采用泥浆驱动钻头回转，钻杆不回转，提高了钻孔稳定性和钻具安全性，取心率较高，为大洋科学钻探硬岩取心提供了新技术。

4.4.2 海底天然气水合物岩心保压取心钻具

专为天然气水合物取样设计的特殊钻具，能够保持岩心在原始压力和温度状态，防止水合物分解。

5. 定向取芯技术的应用情况及价值分析

5.1 应用领域

5.1.1 天然气水合物勘探与评价

定向取芯技术，特别是保温保压取芯技术，是获取天然气水合物样品、研究其赋存特征、评价资源量的关键技术。通过定向取芯，可以确定水合物的空间分布、产状特征、饱和度等关键参数，为资源评价和开发提供科学依据。

我国在南海神狐海域等地区开展的天然气水合物勘探工作中，大量应用了定向取芯技术，取得了重要成果。中国海油在深水-超深水天然气水合物钻探取样领域已具备全套国产化技术水平和全过程作业能力。

5.1.2 海洋油气资源勘探

在海洋油气勘探中，定向取芯技术可以获取地层走向、倾角、沉积方向、渗透率方向性、流体运移方向、地应力方向、裂缝走向、地层各向异性等关键地质参数，为油田开发方案制定、储量计算、增产措施提供依据。

5.1.3 深海矿产资源勘探

在深海多金属结核、硫化物等矿产资源勘探中，定向取芯技术可以帮助确定矿体的空间分布、产状特征、品位变化等关键信息，为资源评价和开发提供科学依据。

5.1.4 海洋科学钻探

在国际大洋发现计划(IODP)等海洋科学钻探项目中，定向取芯技术被广泛应用于古地磁学、构造地质学、岩石物理学等研究，推动了地球系统科学的发展。例如，通过定向岩心可以重建板块运动历史、研究地球磁场变化、分析地壳应力场等。

5.1.5 海洋工程地质调查

在海底隧道、跨海大桥桩基、海底管线路由勘察等海洋工程地质调查中，定向取芯技术可以提供地层结构、岩土力学参数等关键信息，为工程设计和施工提供科学依据。

5.2 价值分析

5.2.1 科学价值

  1. 提高地质认识：定向取芯技术可以获取地层的原始方位信息，帮助科学家更准确地理解地质构造、沉积环境、地质演化历史等。

  2. 推动科学发现：在IODP等科学钻探项目中，定向取芯技术为古地磁学、构造地质学、岩石物理学等研究提供了关键样品和数据，推动了多项重大科学发现。

  3. 支持资源评价：在天然气水合物、深海矿产、海洋油气等资源勘探中，定向取芯技术为资源评价提供了关键数据，提高了评价的准确性和可靠性。

5.2.2 经济价值

  1. 降低勘探风险：通过获取高质量的定向岩心，可以更准确地评估资源潜力和开发风险，降低勘探开发的不确定性。

  2. 优化开发方案：基于定向岩心分析，可以更科学地设计开发方案，提高资源回收率，降低开发成本。

  3. 促进技术创新：定向取芯技术的发展推动了相关设备和技术的创新，如"海牛"系列深海海底钻机、"梦想"号大洋钻探船等，提升了我国海洋装备的自主创新能力。

5.2.3 社会价值

  1. 支持能源安全：定向取芯技术为天然气水合物等非常规能源的勘探开发提供了关键技术支持，有助于保障国家能源安全。

  2. 促进国际合作：在IODP等国际科学计划中，定向取芯技术为国际合作提供了技术平台，促进了国际科技交流与合作。

  3. 培养专业人才：定向取芯技术的研发和应用培养了一批高水平的专业技术人才，为海洋科技发展提供了人才支持。

6. 结论与展望

6.1 主要结论

  1. 技术发展现状：定向取芯技术在海洋地质勘探领域已经形成了较为完善的技术体系，包括机械刻划法、电子定向法、海底磁方位仪技术、保温保压取芯技术等多种实现方法，以及相应的钻探工具和设备。

  2. 研究单位分布：国内外有多家科研院所、高校和企业在定向取芯技术领域开展研究，形成了一定的技术积累和创新能力。国内以中国地质调查局勘探技术研究所、广州海洋地质调查局、湖南科技大学、同济大学等为代表，国际以IODP及斯伦贝谢、贝克休斯、哈里伯顿等油服巨头为代表。

  3. 应用价值显著：定向取芯技术在天然气水合物勘探、海洋油气资源勘探、深海矿产资源勘探、海洋科学钻探、海洋工程地质调查等领域具有重要应用价值，为科学研究、资源评价和工程应用提供了关键技术支持。

6.2 发展趋势

  1. 技术融合：定向取芯技术将与人工智能、大数据、物联网等新兴技术深度融合，提高自动化水平和智能化程度。

  2. 精度提升：通过传感器技术、材料技术、信息处理技术等的进步，定向取芯的精度将进一步提高，满足更高精度的科学研究和工程应用需求。

  3. 深水拓展：随着深海探索的不断深入，定向取芯技术将向更深水域拓展，适应更复杂的海洋环境和地质条件。

  4. 国产化推进：我国将继续推进定向取芯技术及相关设备的国产化，提高自主创新能力和技术水平。

6.3 建议

  1. 加强基础研究：加强定向取芯技术的基础理论研究，特别是在复杂地质条件下的取芯机理、定向精度控制等方面。

  2. 促进技术创新：支持定向取芯技术的创新研发，特别是在高精度、高可靠性、高自动化等方面的技术突破。

  3. 推进国际合作：积极参与IODP等国际科学计划，加强与国际先进研究机构和企业的合作，共同推动定向取芯技术的发展。

  4. 培养专业人才：加强定向取芯技术相关专业人才的培养，为技术发展提供人才支持。

  5. 完善标准体系：建立健全定向取芯技术的标准体系，促进技术的规范化和产业化发展。

Key references