我國首臺套“海底60米多用途鉆機”即將海試

“我們的‘海?!A(yù)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(shù)上將超越俄日等國,與美德澳三國并駕齊驅(qū)?!?月20日,湖南科技大學(xué)海洋礦產(chǎn)資源探采裝備與技術(shù)湖南省工程實驗室主任萬步炎興奮地說。

  萬步炎說的“海?!?,是我國863計劃海洋技術(shù)領(lǐng)域主題項目“海底60米多用途鉆機系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用研究”中,由湖南科技大學(xué)擔(dān)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(xué)、中科院海洋研究所、廣州海洋地質(zhì)調(diào)研局有關(guān)研究人員,正在積極進行海試準備。

  萬步炎是我國第一臺深海淺地層巖心取樣鉆機的發(fā)明人,2003年,鉆探深度只有0.7米,但那是中國人深海鉆探邁出的第一步;2007年,他和他的團隊研制出2米深海鉆機;2010年,研制出20米深海鉆機;到2014年,我國的多條海洋科考船都配備了萬步炎團隊所發(fā)明的專利設(shè)備,并利用它在各大海洋鉆了1000多個勘探孔,成為全球深海鉆機海上應(yīng)用之最。

  現(xiàn)在,萬步炎團隊再次研發(fā)出達世界先進水平的60米海底深孔巖心鉆機,即將進入海試。

  鉆探是礦產(chǎn)資源勘探的最后一步,也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過鉆探取樣分析,可以確定礦藏儲量、品位和埋藏形態(tài),為日后開采勾勒出一幅“藏寶圖”。萬步炎團隊承擔(dān)的“海底60米多用途鉆機系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)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(lǐng)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(chǎn)資源。更關(guān)鍵的是,根據(jù)聯(lián)合國規(guī)定,公海礦產(chǎn)資源,遵循誰有能力先勘探,誰就具有優(yōu)先開發(fā)權(quán)的規(guī)則。換言之,一旦“海牛”海試成功,我國搶占公海礦產(chǎn)資源開發(fā)權(quán)上,就多了一分技術(shù)優(yōu)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。萬步炎表示,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(yè)難度隨之增加。如何在設(shè)計上進行“輕量化”處理很關(guān)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?!倍际怯袔讉€“?!秉c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?,F(xiàn)在,“海?!闭麢C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(xùn)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(jié)省的重量意味著“海牛”具備更大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

  “功能”牛?!昂E!辈粌H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(nèi)周邊巖石拍照等。原位探測,其結(jié)果較取芯送實驗室測試更為準確。“海?!辈粌H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(fā)的“繩索取芯”關(guān)鍵技術(shù)。同樣打60米孔,以前需要4—5天時間,現(xiàn)在可縮短為20多小時,大大提高了作業(yè)效率。

  “價格”牛。一旦“海?!焙T囃ㄟ^,這樣的國產(chǎn)化裝備,價格就可以比進口設(shè)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(jié)合體——海洋礦產(chǎn)資源開采熱點物質(zhì)“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(tài)??扇急坏╇x開了這個海水深度,就會變成氣體而不以“冰”態(tài)存在了。因此普通的深海鉆機是無法取樣這樣的物質(zhì)的。唯一的辦法,就是保持同等壓力的狀態(tài)下,將可燃冰取出。這就需要“保壓取芯勘探系統(tǒng)”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(fā)計劃優(yōu)先啟動的重點研發(fā)任務(wù)“保壓取芯勘探系統(tǒng)研制與應(yīng)用示范”,通過了湖南科技大學(xué)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(tǒng),預(yù)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(nèi)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(tǒng)應(yīng)用于我國南?;驏|??扇急?,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(yè)與技術(shù)發(fā)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(shù)的突破?!比f步炎微笑背后,透著滿滿的自信。