2.海洋石油、天然氣鑽井技術
無論是海洋油氣的勘探還是開采，都需要鑽探海底地層。海上鑽井，在技術和費用方麵要比陸地上高得多。目前，海上鑽井裝置可分為兩大類：
(1)固定式鑽井裝置。
這是最先開發出來的鑽井和采油裝置技術，既能用於鑽井勘探，又可直接進行采油生產。這類固定式鑽井技術，又可分為棧橋式、帶附屬船式和自載式三種。棧橋式固定平台出現最早，與碼頭相似；帶附屬船式固定平台，是將最少限量的鑽井設備架在平台上，其他附屬設備、重要物資和生活設施，置於附屬船上；而自載式固定平台，是將所有鑽井設備全部安裝在平台上，平台麵積較大。
(2)活動式鑽井裝置。
此類技術既可保證鑽井時的平穩性，又具有可移動作業和適應各種水深的優點。近年來這類鑽井技術發展十分迅速。目前它可分為四種類型：自升式平台(使用最多的，約占60%以上)、半潛式平台(約占20%)、鑽井船(約占10%)、座底式平台。
自升式平台，又稱起重型或樁腳型平台。它是插入海底的多根樁腿，將平台上部撐出海麵，達到不受波浪影響的高度，而進行鑽井作業的一種裝置。它不能自航，而需要拖輪將其拖到作業海區。這種平台鑽井工作時很穩定，能在大風浪中作業，適用於海水深度10～100米的地區。其缺點是海底底質鬆軟時，樁腿不易從海底撥出。
半潛式平台，有下船身型和沉墊型兩種。下船身型是在甲板和下船身之間用若幹隻立柱相聯結；沉墊型則是在支撐甲板的若幹隻沉箱的下部，各設一隻沉墊。這兩種類型各有優缺點。前者具有移航時拖曳阻力小的優點，而後者具有全方位阻力等同的優點。目前設計製造的新型半潛式平台，具有更好的移動性能，其尺寸也增大了，能適應在更深的海區和海況更惡劣的條件下作業。
鑽井船，是將鑽井設備全部安裝在船上，以浮在海麵的狀態進行鑽井作業。其缺點是穩定性較差，使作業效率降低。為了提高穩定性，采用了雙體船、中心拋錨式和舷外浮體等裝置。鑽井船最大的優點是作業水深大、移動靈活方便。最近十年來，世界鑽井船發展很快，其發展趨勢是增加排水量，以便貯存更多的鑽井設備；改進鑽井裝置，提高深水作業能力；采用動力定位，提高船隻穩定性；采用水下電視和聲納相結合的先進鑽孔技術，提高鑽井海底的深度等。
座底式平台，也叫做沉浮式平台。平台上部為工作甲板，供安裝鑽機等工作設施，下部為浮箱，兩者之間用立柱支撐。當平台到達鑽探地點後，向浮箱內灌水，使整個裝置下沉，浮箱到達海底，而甲板出露海麵一定高度，進行鑽井作業。近年來，這種平台由於技術和設備不斷改進，現在已能在水深30米處工作了。
目前我國已掌握了80年代國際水平的海洋鑽井技術，包括優選鑽井參數，地層壓力預測監視，平衡壓力鑽井技術，海上叢式井，定向井的二維、三維井眼轉跡設計和鑽井作業。通過引進世界先進的測斜儀、定向型專用工具、頂部驅動鑽井裝置等，提高了鑽井速度。
1988年阿莫科東方石油公司，在我國南海采用了先進的自動導向鑽具結構，並采用了隨鑽測量(MWD)、電磁多點測斜(EMS)和磁性多點測斜(MMS)技術，大大提高了鑽井時效和固井質量。該公司還在南海鑽成中國第一口深水、水平井，水深310米，測量井深2160米，垂直井深1216米，井斜90度，水平井段總長度700米。試驗表明，水平井比直井和大斜度井，大大提高了采油速度和開發效果。
3.海洋石油、天然氣開采技術
隨著現代科技的不斷發展，海洋石油、天然氣的開采技術已發展為多種形式，主要有：人工島技術、固定式生產平台技術、浮式生產係統技術和海底采油技術等。其中海底采油技術，是近年來隨著自動控製技術和潛水器技術的發展而發展起來的。這種技術可使采油裝置避免海麵風浪對油氣生產的影響，而且建造成本低，完井時間短，適用於開發邊緣油田、深水油田。自80年代中期以來，已有數百座海底采油裝置建成投入使用。如休斯海洋公司在水深307米的巴西八拉納油田采用這種技術，日產原油500噸。
人工島技術，是通過向海區填注砂石、泥土和廢科等物質建成人造島。島與海岸用堤或棧橋連接，在島上便可與陸地一樣進行鑽井采油。用這種方法開采油氣的最大優點是穩定性好，但一般隻適用於離岸不遠、水深較淺的近岸油氣田開采。
固定式生產平台技術，是目前應用最多、最主要的采油平台。它又有鋼導管架柱基平台、鋼筋混凝土重力平台、張力腿平台和繃繩塔平台等多種類型。不同的類型適用於不同的海洋環境。張力腿平台是最近發展起來的新型生產平台，它節省大量鋼材，穩定性好，又能在深水采油，可在水深超過900米的海上作業。目前美國還在研製水深更大的張力腿平台，以便開發深水油氣田。鋼導管架柱基平台、鋼筋混凝土重力平台在400米以內的海區使用，還是很合適的，因為其造價比較便宜。近年來由於采用了生產及生活設備模塊式工藝技術，克服了以往安裝時間長、受氣候影響大和投資消耗大的缺點。
浮式生產係統需要利用海底管線收集海底石油，通過柔性立管把油集中到海麵油輪或平台上。這種技術能在水深900米以上的海區作業，最大水深可達1800米。但目前尚無超過914米水深的大油田。
1989年前聯邦德國研製出一種集中了固定式和浮式平台兩者優點的新型廉價海上石油生產平台。該平台采用輕型鋼結構外殼，同時配備了經過改裝的半潛式平台作為設備和人員生活的基地。其優點是堅固的外殼使得鑽頭便於在水麵之上進行維修，並避免浮式平台穩定性差的缺點。另外，半潛式裝置能容納大量的特種設施，從而使其外殼變得輕巧，便於在生產結束後拖移到其他海區作業。
近年來英國石油公司(BP)，一直在研製無需潛水員的“海底采油係統”(Disps)，以便開發外海大陸架深水區的油氣資源。該公司目前最大采油平台Magnus隻能潛入200米水深，而Disps能在350米深的水下作業而無需潛水員。
4.海洋石油、天然氣儲運技術
海洋油氣儲存技術，目前已發展為多種方式，以滿足不同的開采環境。主要有：儲油池、儲油罐、儲油船和液化天然氣船等。這些裝置在海上的作業方式，可分為漂浮式和著底式兩種。漂浮式儲油裝置是通過單點係泊或多點係泊技術，使儲油池、儲油罐、儲油船或液化天然氣船固定於海上；而著底式裝置是把儲油設備直接建在海底。
海洋油氣運輸技術，目前主要有油船和輸油管兩種。海上油輪是70年代主要的運輸方式，80年代以來海底管道技術發展迅速，成為運輸海洋石油和天然氣的重要方式。它具有生產穩定、維持費用低等優點，適用於近岸或油氣產量大的油田。目前，在世界一些主要油氣開發區，如歐洲北海油田、波斯灣和墨西哥灣等處，海底輸油氣管線已達到很高的密度，對輸送海洋油氣起著極為重要的作用。我國80年代末開始在南海和渤海鋪設海底輸油氣管線，並在設計、施工等方麵，取得可喜的突破性進展。1989年我國在南海北部灣鋪成了遠東第一條海底軟管，這是南海西部石油公司在沒有先例的情況下，用該公司的拖輪和定位係統代替專用鋪管船，節省了大量時間和投資。
(三)大洋錳結核
1.概況
大洋錳結核較為科學的名稱應叫大洋多金屬結核，它呈結核狀。主要分布於2500～6000米深的大洋底，隻因成分以錳為主，故通常被稱為大洋錳結核。其實它富含多種有色金屬，主要的還有鎳、銅、鈷等，其總組成元素多達近80種。
錳結核的形狀大部分呈土豆狀，亦有塊狀、餅狀等多種形態，大小一般為2～10厘米，基本上介於0.5～25厘米之間，個別巨型結核，在1米以上。到目前為止，最大的一個錳結核是在菲律賓以東500公裏處的海底發現的，重達850公斤。
錳結核的顏色一般為土黑色，也有黃褐色、淺棕色等，取決於各種元素成分的相對含量。
據目前統計，世界大洋錳結核的總儲量，多達30000億噸。其中太平洋17000億噸，大西洋和印度洋13000億噸。大洋錳結核不僅有如此巨大、驚人的儲量，更有其金屬品位之高的特點。據分析錳結核中一些主要有用金屬的含量，比它們在地殼中的平均含量高300倍!總之，大洋錳結核已日益受到許多國家的高度重視，特別是70年代以來，隨著現代高技術的發展，調查活動頻繁，投資急增，開采技術已日臻成熟，現已開始試驗性開采。在錳結核的調查開發中，美、日、德、法、俄、英等國最為積極。目前全世界已建立起8個跨國財團，約有100多家公司在從事勘查與試采工作。
美國對錳結核的調查十分重視，早在50年代就已開展。近年來，製訂了“錳結核研究計劃”，投入大量人、財、物，取得了廣大麵積的調查研究資料。例如，在萊恩群島和中太平洋海嶺水深1000～2600米的海山上，找到了錳、鈷礦區，鈷的平均含量達1%，最高為1.4%。日本也早自60年代便開始錳結核的勘查，30年間，對太平洋各海區頻繁地進行了詳細勘查。前聯邦德國自70年代起在太平洋進行了大量調查研究，70年代中期在東北太平洋就發現了一片3.43萬平方公裏的礦區，儲量達4000～8000萬噸，並在夏威夷建立了錳結核勘探基地。80年代又投資2400萬馬克，實施了“中太平洋錳結核調查計劃”，結果又發現了一批礦層厚、含量高、覆蓋率大的礦區，而且多分布在水深小於1500米的海山頂部和山坡上，開采條件優越。
我國目前也已基本上具備了開發大洋錳結核的條件，一二十年後可望實現生產性開采。我國已經在太平洋幾個海區進行了200萬平方公裏範圍的調查，圈劃出30萬平方公裏的遠景礦區。該區是1989年底在太平洋CC區圈定出的，其礦塊平均豐度在每平方米5千克以上，礦塊平均品位(銅、鈷、鎳之和)在1.8%以上，海底地形坡度不大於5度。為此，1991年3月，聯合國發表新聞公報，宣布海底籌委會總務委員會批準中國為先驅投資者。中國成為繼印度、法國、日本和前蘇聯之後的第5個國際海底多金屬結核開發先驅投資者。大洋錳結核勘探開發工作已被列為我國1990年～2005年的國家長遠發展項目。
2調查與開采技術
(1)調查技術。
為了能找到錳結核比較富集、金屬含量較高而便於開采有海區，得通過現代海洋高科技調查技術手段才能實現。
首先，要有性能優良的遠洋調查船，這是基本條件。調查船噸位一般在1000噸以上，配有先進的衛星導航定位係統，深海用絞車及起吊設備，以及海底地形、深度測量儀器等設備。
調查的關鍵是采用現代化的儀器設備和技術。根據調查的方式，調查技術可概括為直接調查和間接調查兩大類。直接調查包括利用各種取樣工具、海底電視、遙控水下攝影等技術，采集或觀測洋底沉積物。近年來由於使用了比較先進的直接調查技術，如無纜取樣、無纜攝影等，大大提高了調查效率。美國製造的布默安斯無纜取樣器屬比例。這種技術已能在5000多米的水深處有效工作，且不需停船作業，允許每小時2.4～4海裏的航速。
盡管直接調查的技術在不斷改進，已能直接取到和觀測到洋底錳結核的分布、富集程度等具體特征，但這類方法仍要消耗大量時間，工作效率受限製。近年來，各國一直在研究新的高效調查技術。目前，日、德、法等國已將水聲與淺地層地震技術，成功地用於洋底錳結核的勘探。日本的“白嶺丸”號調查船在北太平洋進行了聲波探測，用3.5千赫的海底淺層剖麵儀(Subbottom Profiler)和人工地震儀，發現聲波層序與錳結核分布之間有著對應關係。此外，近年來用於淺海沉積剖麵調查的旁側聲納技術，與正在被嚐試用於錳結核調查。在水質混濁的海區，海底攝影和電視技術無法工作，而旁側聲納技術則不受此限製。
(2)開采技術。
經過30多年來各國對三大洋錳結核的大量勘探與開發實踐，目前已有一些開采技術趨向可行、成熟。每一種開采裝置基本上都由海底采集係統、輸送係統和海麵船隻三大係統組成。按開采形式，目前應用的有水力提升式采礦技術、空氣提升式采礦技術二類。
水力提升式采礦技術，是通過由采礦管、浮筒、高壓水泵和集礦裝置四部分組成的係統實現的。這種技術在80年代中已達到日產500噸的采礦能力，近年來得到改進後，生產能力又有了很大提高。
空氣提升式采礦技術，與水力提升式采礦技術相似，區別是在船上裝有大功率高壓空氣泵代替水泵，為使采礦管中礦流能達到每秒3米的速度，氣泵功率需要4413×104千瓦(6000馬力)。采礦作業時，首先在船上開動高壓空氣泵，氣泵產生的高壓空氣通過輸氣管道向下，從采礦管的深、中和淺三個部分輸入，在采礦管中產生高速上升的氣、固、液三相混合流，把經過洋底集礦裝置采集的錳結核礦提升到海麵采礦船上。這種技術是由美國深海探險公司開發的。後又經過不斷完善，現在已能在水深超過5000米的海區作業，具有日產300噸錳結核的采礦能力。
上述兩種方法是最有發展前途的，其海底集礦係統已在原有采用射流吸入式技術和機械挖取技術的基礎上，發展為目前最先進的螺旋槳自動控製式機械采集係統，提高了采礦效率。
最近，法國海洋開發研究院、法國原子能委員會和TECHICATOM公司，共同研製了一種新型深海錳結核采集裝置“PLA2-6000”號，這一15噸重的裝置根據流體動力學原理設計，可高速航行，自動下潛深度可達6000米，在深海海底采集錳結核，並采用液壓技術，通過自動控製程序自動返回海麵。這一技術使許多國家深感興趣。日本、前蘇聯已與法國簽訂了合作協定，現已批量生產。
3現狀與展望
自從70年代試驗錳結核開采成功以來，開采規模日益擴大，已由過去各國單獨開采，發展到現在多國聯合大規模合作開采。特別是隨著在“聯合國海洋法公約”上簽字和批準該公約的國家越來越多，錳結核開發管理體製也日趨完善。從目前的情況看，到20世紀末，世界大洋錳結核可進入商業化生產階段，預計21世紀大洋錳結核將成為世界重要的有色金屬來源。
近年來，世界發達國家已開始進行錳結核商業化開采的可行性研究，。在這過程中，有許多因素需要考慮，其中主要的有錳結核中有用金屬的品位、富集程度、開采區與大陸、港口或處理基地之間的距離、海底地形、礦區的海況、天氣條件，以及跟開采有關的社會經濟因素和海洋法律等。當然，這些因素對於不同的國家或地區是不一樣的。但是錳結核的品位和分布密度，則是共同最重要的考慮因素。就目前經濟技術條件而言，一般認為隻有錳結核的品位大於1.8%，分布密度高於5千克/平方米時，且在一定範圍內保持穩定的條件下，才有商業開采的價值或可能性。
值得著重提出的是從80年代以來，又一種大洋底礦產——結殼礦的勘探正在迅猛之勢取代錳結核。所謂結殼礦是指分布在沒有沉積物的海底和海山表麵的一層薄殼狀礦物體，其厚度一般在10厘米以內，平均2厘米左右。此種結殼中的金屬品位高，因而具有經濟開采價值。其中鈷的含量比在錳結核中高一倍。結殼礦在西北太平洋和大西洋的海底隆起區分布十分廣泛，但目前的研究程度還不高，開發技術尚不成熟。不過其經濟上的重大戰略意義已使美、日、法和德等發達國家正在加緊勘探與開發的調查研究工作。