“海牛”出海 再跨深蓝——记湖南省技术发明一等奖“深海底60米多用途钻机系统”

湖南省科技厅 kjt.hunan.gov.cn 时间:2017年05月17日 【字体:
  
  

  第一次见万步炎,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,是2015年5月。彼时,万步炎主持我国863计划海洋技术领域项目“海底60米多用途钻机系统技术开发与应用研究”,诞下“海牛”,正准备前往青岛上船赴南海试水。

  “海试一旦成功,我国在此项技术上将超越俄、日等国,与美、德等国并驾齐驱。”那一年,万步炎满是期待。那也是“海牛”首次试水,迈向深蓝。

  再见万步炎,项目已获2016湖南省技术发明一等奖。昔日的“海牛”1.0版,已换“新颜”,历经20多项改进完善,整装待发。继“海牛”2015年在南海首钻成功,去年出征深海并找到一大矿的“处女秀”后,这一次,它将服务中海油,进行深海油气井场勘测。

  国家海洋权益的“捍卫者”

  海底钻机,是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的海洋高技术装备。

  “海牛”,是湖南科技大学担任主持单位承担国家863计划海洋技术领域主题项目自主研制的“海底60米多用途钻机”。它的核心缔造者万步炎,是我国第一台深海浅地层岩心取样钻机的发明人。

  2003年,万步炎团队研发出钻探深度达0.7米的深海钻机,这是我国首台深海海底钻机;2007年,团队研制出2米深海钻机;2010年,团队研制出20米深海钻机;2014年,我国多条海洋科考船,均配备上了万步炎团队发明的专利设备,并用之在我国南海、东海以及太平洋、印度洋钻了1000多个勘探孔,成为全球深海钻机海上应用之最。2015年,达世界先进水平的60米海底深孔岩心钻机“海牛”面世。

  海底60米钻机,是在3000米海水深处,再往地底下“钻”60米,主要用于矿产资源勘探最后一步的“钻探”。帮助取样分析,确定矿藏储量、品位和埋藏形态,为日后开采勾勒“藏宝图”。

  在深海钻机研制领域,50米是道坎儿。哪个国家拥有超过50米的深海海底钻孔装备,就拥有了国际先进的深海钻探能力,也能勘探到更大埋深的海底矿产资源。最关键的是,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,“海牛”的成功,为我国抢占公海矿产资源开发权上占据了技术高点。

  “牛”得有理由

  相较美国等国研制出的50米以深深海钻机,拥有26项国家专利、8项发明专利的“海牛”,都显得挺“牛”的:

  傻瓜式操作,牛。“海牛”整机自动控制水平颇高,基本可达到傻瓜式操作。大大减轻了对操作工人技能培训的要求;

  体态轻盈,牛。整个海下作业的钻机,重量仅8.3吨。国外超过50米深度的钻机,重量均在10吨以上。体态上的“轻盈”优势,让海下作业操作更稳妥;

  功能多样化,牛。“海牛”是个“多面手”,不仅可钻孔取芯,即钻取岩心送到实验室检测,还可在取芯位置进行原位探测,测量岩石电阻率、孔隙率,及给孔内周边岩石拍照。不仅“钻”得了海底硬岩,还“捏”得住稀软的海底沉积物;

  效率高,牛。“海牛”有一项独门“神技”,其完全自主研发的“绳索取芯”关键技术。同样打出60米孔,国外设备可能需4—5天时间,“海牛”20多小时就能“搞定”。“出海作业贵啊,一天成本都要几十万元人民币。”万步炎对这项省钱“神技”很得意。他表示,在“神技”支撑下,不仅省时、省钱,还大大降低了海上作业的“风险”。一举三得;

  价格诱人,牛。“海牛”比进口设备可降低一半至2/3的花费。便宜又好用,自然大受欢迎。

  截至目前,“海牛”已突破深海遥控绳索取芯、海底钻机远程自动控制、深海重型装备收放等关键技术,形成了整套具自主知识产权的深海海底深孔钻探取样装备技术与成果,填补了我国水深3000米、钻进深度50米以上深海海底深孔取芯钻机及取芯工艺技术的空白,也标志着我国在这一技术领域已跻身世界前列。

  “这次改版后的‘海牛’,在可操作性、可维护性、自动化程度上都有很大进步。今后,我们也会向更宽的领域开发和拓展。”万步炎说。他称,下一步,团队将针对存在于800米到2000多米深度的海底层“可燃冰”,开发“保压取芯勘探系统”。

  在特殊的海水深度与压力下,可燃冰呈现“冰”状。但可燃冰一旦离开其适宜的海水深度,就会变成气体挥发。因而,普通深海钻机不适合取样可燃冰。只有在保持同等压力的状态下,将可燃冰取出。这就需要研制“保压取芯勘探系统”。

  “研制成功的话,预计最大钻进深度能力将达到230米,能充分满足可燃冰勘探需求。我们初步希望2020年前可以实现。”万步炎说。而迄今为止,世界最先进的海底钻机的最大钻孔深度能力仅为200米。“至少,我们需要两个突破。一个是从60米到230米的钻孔深度的突破,另一个海底保压取芯技术的突破。”