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我國首臺60米海底深孔巖心鉆機將進入海試

發布日期: 2015-05-05 09:44:33

  “我們的‘海牛’預計5月初在青島黃海和南海試水。海試一旦成功,我國在此項技術上將超越俄日等國,與美德澳三國并駕齊驅。”4月20日,湖南科技大學海洋礦產資源探采裝備與技術湖南省工程實驗室主任萬步炎說。

  萬步炎說的“海牛”,是我國863計劃海洋技術領域主題項目“海底60米多用途鉆機系統技術開發與應用研究”中,由湖南科技大學擔任主持單位,并獨立自主研制的“海底60米多用途鉆機”。今年1月中旬,項目的海上試驗大綱已通過專家組評審。湖南科技大學、中科院海洋研究所、廣州海洋地質調研局有關研究人員,正在積極進行海試準備。

  鉆探是礦產資源勘探的最后一步,也是關鍵環節。通過鉆探取樣分析,可以確定礦藏儲量、品位和埋藏形態,為日后開采勾勒出一幅“藏寶圖”。萬步炎團隊承擔的“海底60米多用途鉆機系統技術開發與應用研究”,就是要研制成功可搭載于普通科考船,在3000米海水深處往地底下“鉆”60米的鉆機。

  在深海鉆機研制領域,50米是道坎兒。哪個國家擁有超過50米的深海鉆孔深度的裝備,就擁有了國際先進的深海鉆探能力,能勘探到更大埋深的海底礦產資源。更關鍵的是,根據聯合國規定,公海礦產資源,遵循誰有能力先勘探,誰就具有優先開發權的規則。換言之,一旦“海牛”海試成功,我國搶占公海礦產資源開發權上,就多了一分技術優勢。

  鉆探深度從20米到60米,看起來只有短短的40米,但這不是普通的40米,而是在海水深度3000米以下的40米。萬步炎告訴記者,鉆探深度的增加,就必然會帶來鉆機裝備重量的增加,對一艘普通科考船來說,海上作業難度隨之增加。如何在設計上進行“輕量化”處理很關鍵。

  無論是相較其他三個國家研制出的50米以深深海鉆機,還是相較自己研制并在我國已投入使用的20米深海鉆機,“海牛”都是有幾個“牛”點的:

  “操控”牛。萬步炎團隊在裝備的操作軟件上,花了很大的功夫。現在,“海牛”整機自動控制水平較高,基本上可以做到傻瓜式操作。這樣一來,對操作工人的技能培訓要求就很低了。

  “體重”牛。整機的重量僅為8.3噸,而國外超過50米深度的鉆機,重量都在10噸以上,而節省的重量意味著“海牛”具備更大的發展潛力。

  “功能”牛。“海牛”不僅可以用來鉆孔取芯,即鉆取巖心送到實驗室檢測,還可以原位探測巖石的電阻率、孔隙率,以及給孔內周邊巖石拍照等。原位探測,其結果較取芯送實驗室測試更為準確。“海牛”不僅可鉆硬巖還可以用來鉆取稀軟的海底沉積物。

  “效率”牛。萬步炎感到最為自豪的,是團隊完全自主研發的“繩索取芯”關鍵技術。同樣打60米孔,以前需要4—5天時間,現在可縮短為20多小時,大大提高了作業效率。

  “價格”牛。一旦“海牛”海試通過,這樣的國產化裝備,價格就可以比進口設備降低一半至2/3。

  在800米到2000多米深度的海底層,它的深度壓力,最適合天然氣水合物形成與水的結合體——海洋礦產資源開采熱點物質“可燃冰”。

  不難想象,特殊的海水深度與壓力,讓可燃冰有了“冰”的狀態。可燃冰一旦離開了這個海水深度,就會變成氣體而不以“冰”態存在了。因此普通的深海鉆機是無法取樣這樣的物質的。唯一的辦法,就是保持同等壓力的狀態下,將可燃冰取出。這就需要“保壓取芯勘探系統”的研制。

  這種裝備的研制,正是萬步炎想要做的一個突破性工作。3月,他計劃申請的“十三五”國家重點研發計劃優先啟動的重點研發任務“保壓取芯勘探系統研制與應用示范”,通過了湖南科技大學的專家組論證。萬步炎團隊擬研制具保壓取芯能力的海底鉆機系統,預計最大鉆進深度能力將達到220米,可充分滿足可燃冰勘探需求。

  萬步炎介紹,迄今為止,世界上最先進的海底鉆機的最大鉆孔深度能力僅為200米,而海底鉆機的保壓取芯能力在世界范圍內也沒有完全成功。如果能夠研制成功,將這種海底保壓鉆機系統應用于我國南海或東海可燃冰取樣,無疑是我國可燃冰勘探的巨大成就與進展,將有力推動我國可燃冰勘探事業與技術發展。

  “我們至少需要兩個突破,一個是從60米到220米的鉆孔深度的突破,一個是海底保壓取芯技術的突破。”萬步炎說。

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