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我国首台套“海底60米多用途钻机”即将海试

2015/5/6 20:28:42
文章来源:网络

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  “我们的‘海牛’预计5月初在青岛黄海和南海试水。海试一旦成功,我国在此项技术上将超越俄日等国,与美德澳三国并驾齐驱。”4月20日,湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与技术湖南省工程实验室主任万步炎兴奋地说。

  万步炎说的“海牛”,是我国863计划海洋技术领域主题项目“海底60米多用途钻机系统技术开发与应用研究”中,由湖南科技大学担任主持单位,并独立自主研制的“海底60米多用途钻机”。今年1月中旬,项目的海上试验大纲已通过专家组评审。湖南科技大学、中科院海洋研究所、广州海洋地质调研局有关研究人员,正在积极进行海试准备。

  万步炎是我国第一台深海浅地层岩心取样钻机的发明人,2003年,钻探深度只有0.7米,但那是中国人深海钻探迈出的第一步;2007年,他和他的团队研制出2米深海钻机;2010年,研制出20米深海钻机;到2014年,我国的多条海洋科考船都配备了万步炎团队所发明的专利设备,并利用它在各大海洋钻了1000多个勘探孔,成为全球深海钻机海上应用之最。

  现在,万步炎团队再次研发出达世界先进水平的60米海底深孔岩心钻机,即将进入海试。

  钻探是矿产资源勘探的最后一步,也是关键环节。通过钻探取样分析,可以确定矿藏储量、品位和埋藏形态,为日后开采勾勒出一幅“藏宝图”。万步炎团队承担的“海底60米多用途钻机系统技术开发与应用研究”,就是要研制成功可搭载于普通科考船,在3000米海水深处往地底下“钻”60米的钻机。

  在深海钻机研制领域,50米是道坎儿。哪个国家拥有超过50米的深海钻孔深度的装备,就拥有了国际先进的深海钻探能力,能勘探到更大埋深的海底矿产资源。更关键的是,根据联合国规定,公海矿产资源,遵循谁有能力先勘探,谁就具有优先开发权的规则。换言之,一旦“海牛”海试成功,我国抢占公海矿产资源开发权上,就多了一分技术优势。

  钻探深度从20米到60米,看起来只有短短的40米,但这不是普通的40米,而是在海水深度3000米以下的40米。万步炎表示,钻探深度的增加,就必然会带来钻机装备重量的增加,对一艘普通科考船来说,海上作业难度随之增加。如何在设计上进行“轻量化”处理很关键。

  无论是相较其他三个国家研制出的50米以深深海钻机,还是相较自己研制并在我国已投入使用的20米深海钻机,“海牛”都是有几个“牛”点的:

  “操控”牛。万步炎团队在装备的操作软件上,花了很大的功夫。现在,“海牛”整机自动控制水平较高,基本上可以做到傻瓜式操作。这样一来,对操作工人的技能培训要求就很低了。

  “体重”牛。整机的重量仅为8.3吨,而国外超过50米深度的钻机,重量都在10吨以上,而节省的重量意味着“海牛”具备更大的发展潜力。

  “功能”牛。“海牛”不仅可以用来钻孔取芯,即钻取岩心送到实验室检测,还可以原位探测岩石的电阻率、孔隙率,以及给孔内周边岩石拍照等。原位探测,其结果较取芯送实验室测试更为准确。“海牛”不仅可钻硬岩还可以用来钻取稀软的海底沉积物。

  “效率”牛。万步炎感到最为自豪的,是团队完全自主研发的“绳索取芯”关键技术。同样打60米孔,以前需要4—5天时间,现在可缩短为20多小时,大大提高了作业效率。

  “价格”牛。一旦“海牛”海试通过,这样的国产化装备,价格就可以比进口设备降低一半至2/3。

  在800米到2000多米深度的海底层,它的深度压力,最适合天然气水合物形成与水的结合体——海洋矿产资源开采热点物质“可燃冰”。

  不难想象,特殊的海水深度与压力,让可燃冰有了“冰”的状态。可燃冰一旦离开了这个海水深度,就会变成气体而不以“冰”态存在了。因此普通的深海钻机是无法取样这样的物质的。唯一的办法,就是保持同等压力的状态下,将可燃冰取出。这就需要“保压取芯勘探系统”的研制。

  这种装备的研制,正是万步炎想要做的一个突破性工作。3月,他计划申请的“十三五”国家重点研发计划优先启动的重点研发任务“保压取芯勘探系统研制与应用示范”,通过了湖南科技大学的专家组论证。万步炎团队拟研制具保压取芯能力的海底钻机系统,预计最大钻进深度能力将达到220米,可充分满足可燃冰勘探需求。

  万步炎介绍,迄今为止,世界上最先进的海底钻机的最大钻孔深度能力仅为200米,而海底钻机的保压取芯能力在世界范围内也没有完全成功。如果能够研制成功,将这种海底保压钻机系统应用于我国南海或东海可燃冰取样,无疑是我国可燃冰勘探的巨大成就与进展,将有力推动我国可燃冰勘探事业与技术发展。

  “我们至少需要两个突破,一个是从60米到220米的钻孔深度的突破,一个是海底保压取芯技术的突破。”万步炎微笑背后,透着满满的自信。

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