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海牛Ⅱ号在超2000米水深中成功下钻231米 刷新世界纪录
[版面:军事天地][首篇作者:bebei] , 2021年05月16日23:22:17 ,569次阅读,1次回复
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发信人: bebei (bb), 信区: Military
标  题: 海牛Ⅱ号在超2000米水深中成功下钻231米 刷新世界纪录
发信站: BBS 未名空间站 (Sun May 16 23:22:17 2021, 美东)

深海矿产资源丰富,发现、研究它们,需要通过水下钻探获取样本。在各种取样方式中
,海底钻机以其钻探成本低、效率高、样品扰动小、易操作等优势,成为备受青睐的高
技术装备。

  不久前,我国自主研发的“海牛Ⅱ号”海底大孔深保压取芯钻机系统,在超2000米
深水中,成功下钻231米,刷新了深海海底钻机的世界纪录,标志着我国在该领域达到
世界领先水平。

  看似笨重,实则身手不凡

  钻探到200米以下,意味着我国理论上具备海洋资源全覆盖的勘探能力

  “海牛Ⅱ号”由湖南科技大学教授万步炎领衔研发。万步炎介绍,“海牛Ⅱ号”由
海底钻机本体、海底原位探测仪、移动式海底钻机配套收放系统等部分组成。“其中,
钻机本体外观上是一个橙黄色、八边形的钢质构造,高7.6米,‘腰围’10米,体重12
吨,是目前我国水中最重的地质勘探科考装备。”

  看似笨重的“海牛Ⅱ号”,在海底干起活来却很灵活。它的“武器”是身上的78根
钻杆,每根3米长,像左轮手枪的子弹一样排列在圆盘之上。操作时,通过圆盘旋转,
机械手取杆上膛,把钻杆一根根钻进岩层。

  钻头相当于“海牛Ⅱ号”的犄角,由金刚石和硬质合金等材料制成。科研人员设计
了不同种类的钻头,有的针对硬岩地层,有的适用于沉积岩软岩地层。

  “海牛Ⅱ号”是在4月7日刷新的世界纪录。万步炎告诉记者,当天,经过约两个半
小时下潜后,“海牛Ⅱ号”抵达水深2060米的海底。完成姿态调整后,“海牛Ⅱ号”随
即开展目标层保压取芯钻探作业。约15小时后,钻进孔深达到海底地下231米。

  除了钻得深,“海牛Ⅱ号”还有一项独门绝技——保压取芯。这是勘探可燃冰等某
些海底矿产的关键。万步炎介绍,在海水压力下,可燃冰呈“冰”状,它一旦离开其适
宜的海水深度,就会因压力减小而变成气体挥发。因而,普通深海钻机无法取样可燃冰
,只有在保持海底地层相等压力的状态下,才能做到。

  此前,全球海底钻机的最大钻孔深度设计能力为200米,而实际保压取芯作业最深
只到达135米,“海牛Ⅱ号”则大大刷新了这一纪录。

  通过钻探取样分析,可以了解矿藏储量、品位和埋藏形态,为今后开采勾勒出一幅
“藏宝图”。“钻得越深,能勘探的资源就越多。”万步炎说,当前人类发现的、具有
商业开采潜力的海洋矿产资源,基本上在海底200米以内。钻探到200米以下,意味着我
国在理论上具备了海洋资源全覆盖的勘探能力。

  根据《联合国海洋法公约》,公海资源归全人类共有,资源开采权一般遵循谁勘探
、谁优先的规则。业内专家表示,“海牛Ⅱ号”是我国深海钻探的一把 “利剑”,它
的出鞘,使我国在海底固体矿产资源研究和开发上多了一分技术优势。

  攻克多个技术难题

  所有关键技术均为自主研发,目前已取得125项专利

  深海压力大、温度低,“海牛Ⅱ号”要在复杂的环境中,顺利实现钻机收放、姿态
调整、耐压密封、钻杆及芯管接卸、自动测控等一系列操作,技术难度非常大。

  据万步炎介绍,“海牛Ⅱ号”主要攻克了全程保压绳索取芯、钻管存储与钻杆快速
接卸、智能化与专家操作系统、海底钻机安全可靠下放和回收等技术难题。

  钻探过程中,某一段实现保压取芯并不难,难的是全程保压。针对这一问题,科研
人员连续多年攻关,通过大孔深遥控全孔全程保压绳索取芯,采用了独创的岩芯管全长
直接密封保压取芯原理、技术与工艺,最终实现了海底钻机小口径大孔深高效、高可靠
全孔全程保压取芯。

  万步炎说,“海牛Ⅱ号”很“聪明”。科研人员为它量身定制了很多传感器设备。
这些传感器,融合了团队多年的海上实地钻探经验。到了海底,钻头会根据地层性状情
况,快速自动判断并自适应调整钻进模式与参数,解决了海底钻机与配套取芯工艺对海
底复杂地层的适应性难题,从而大幅提高了钻探效率、取芯率和取芯质量。

  得益于自动化、智能化的设计,一个人就可在母船上完成“海牛Ⅱ号”操作。“海
牛Ⅱ号”在钻孔取芯的同时,还能干“兼职”:原位探测岩石的电阻率、孔隙率,给孔
内周边岩石拍照等。

  在海底钻机收放装置的设计和工艺上,团队解决了因母船摇荡导致海底钻机与收放
装置对齐与靠拢困难、易发生冲击碰撞的问题,实现了海底钻机水中自动校正收放方位
、垂直翻转过程自动抱紧海底钻机功能,提高海底钻机收放效率和收放过程的安全性与
可靠性。

  值得一提的是,“海牛Ⅱ号”所有关键技术均为自主研发,目前已取得125项专利。

  研制“海牛Ⅱ号”,依托的是我国国家重点研发计划“深海关键技术与装备专项”
课题。针对“海牛Ⅱ号”,任务书有三大目标,即作业水深不少于2000米、钻进深度不
低于200米、保压成功率不小于60%。令万步炎高兴的是,本次海试充分验证了“海牛Ⅱ
号”的设计性能,并超预期实现了任务目标。

  未来还将不断优化

  挑战万米级水深地质钻探取样,是团队接下来的目标

  “海牛Ⅱ号”并非“横空出世”,而是20多年坚持不懈、持续研发的结果。2000年
,万步炎团队开始研发深海海底钻机。3年后,团队做出了我国首台深海浅层岩芯取样
钻机,并在海底下钻0.7米,获得首个岩芯样品。

  2010年,这个团队研发的深海深孔岩芯取样钻机,又把海底钻探深度推进到20米。
2012年,“海牛Ⅱ号”的前身——“海牛号”研制项目正式启动。2015年,“海牛号”
在3000米海水下下钻了60米。由此,我国成为世界上第四个拥有能在水深大于3000米的
海底进行60米钻探技术的国家。

  如今,我国多条海洋科考船配备了万步炎团队发明的专利设备,并在深海钻孔1000
多个。

  海底钻机的发展,与我国海底资源勘探历程紧密相连。万步炎告诉记者,1999年以
前,中国没有能力研制大型深海机电装备,只能从国外租借设备。后来,我国决定自主
研发深海钻探设备。万步炎团队迎难而上,接下了这项任务。他们几乎从零起步,不断
摸索,奋勇攻关。

  近年来,我国日益重视海洋技术装备研发。深海海底钻孔技术,对其他深海装备制
造技术具有很强的辐射性,可以带动相关领域的研发。万步炎说,10多年前,科考船上
基本所有设备都是进口的,如今国产装备达到80%以上,未来这一比例将越来越高。

  万步炎表示,团队将进一步优化深海钻探设备性能,提升它的环境适应能力、作业
性能和智能化程度。此外,他们还计划推进“海牛Ⅱ号”量产,在海底油气采场和海上
风电场建设与工程地质勘查领域推广应用。

  当前,“海牛Ⅱ号”还在海上工作。深度超过万米的马里亚纳海沟,至今没有人类
进行海底钻探作业。“挑战万米级水深地质钻探取样,是我们团队接下来的目标。”万
步炎说。
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发信人: XiuShi (致力为花街散财,造福散户), 信区: Military
标  题: Re: 海牛Ⅱ号在超2000米水深中成功下钻231米 刷新世界纪录
发信站: BBS 未名空间站 (Mon May 17 01:21:41 2021, 美东)


【 在 bebei (bb) 的大作中提到: 】
: 深海矿产资源丰富,发现、研究它们,需要通过水下钻探获取样本。在各种取样方式中
: ,海底钻机以其钻探成本低、效率高、样品扰动小、易操作等优势,成为备受青睐的高
: 技术装备。
:   不久前,我国自主研发的“海牛Ⅱ号”海底大孔深保压取芯钻机系统,在超2000米
: 深水中,成功下钻231米,刷新了深海海底钻机的世界纪录,标志着我国在该领域达到
: 世界领先水平。
:   看似笨重,实则身手不凡
:   钻探到200米以下,意味着我国理论上具备海洋资源全覆盖的勘探能力
:   “海牛Ⅱ号”由湖南科技大学教授万步炎领衔研发。万步炎介绍,“海牛Ⅱ号”由
: 海底钻机本体、海底原位探测仪、移动式海底钻机配套收放系统等部分组成。“其中,
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