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我國開發(fā)出由硬質合金和金剛石制成的深海礦產利器

發(fā)布日期：2015-06-18  瀏覽次數：   文章來源：銳石公司

導讀： 據央視報道，日前，我國自主研發(fā)的海底60米多用途鉆機海牛號日前在南海深海海試成功，返回廈門港。此次海試首次實現了在水深超過30
        據央視報道，日前，我國自主研發(fā)的海底60米多用途鉆機“海牛”號日前在南海深海海試成功，返回廈門港。此次海試首次實現了在水深超過3000米的深海海底，對海床進行60米鉆探，標志著我國具備了深水海底取樣的能力，我國成為繼美國、德國、澳大利亞之后第四個掌握此項技術的國家。
　　
　　6月10日，我國首臺重型裝備海底60米多用途鉆機“海牛”號，隨著“海大”號科考船駛離汕頭港，進入我國南海海域進行深海測試。
　　
　　鉆探是礦產資源勘探的最后一步，也是關鍵環(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”。
　　
　　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帶領的團隊，承擔的“海底60米多用途鉆機系統技術開發(fā)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(guī)定，公海礦產資源，遵循誰有能力先勘探，誰就具有優(yōu)先開發(fā)權的規(guī)則。“海牛”號就是這樣的利器，換言之，“海牛”的海試成功，讓我國在搶占公海礦產資源開發(fā)權上多了一分技術優(yōu)勢。
　　
　　據悉，“海牛”號腰圍十米，如果站直了有6米高，重量僅為8.3噸，“海牛”號在制造時經過了嚴格的抗壓試驗。在水深大約3000米的海底，一個指甲蓋大小的面積，就要承受300公斤的壓力。
　　
　　“海牛”的武器是身上的24根鉆桿，每根2.5米長，像左輪手槍的子彈一樣排列在圓盤之上。圓盤旋轉，機械手取桿上膛，鉆進巖層，然后再接入下一根鉆桿。“海牛”號接卸鉆桿的速度非常快，大概需要兩份五十多秒，而國外的鉆機大概需要好幾分鐘甚至十幾分鐘。
　　
　　鉆頭相當于“海牛”的犄角，由金剛石和硬質合金制成?？蒲腥藛T為海牛設計了3種類型的鉆頭，一種專門針對硬巖地層，一種針對沉積巖軟巖地層，還有一種是根據需要全面鉆進不取(巖)芯的鉆頭。
　　
　　“海牛”號在3000米深的海底“刨地犁地”10個小時候，終于觸及60米深的深度。“海牛”出水后，科研人員卸下從深海不同底層取出的樣本，除了礦藏，還能告訴人們海洋發(fā)生事件的時間序列。
　　
　　“海牛”號不僅可以用來鉆孔取芯，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。同時，研發(fā)團隊完全自主研發(fā)的“繩索取芯”關鍵技術，使打60米孔由以前的4天～5天縮短為現在的20多小時，大大提高了作業(yè)效率。
　　
　　經過隨船專家確認，由湖南科技大學、中國科學院海洋研究所、和廣州海洋地質調查局共同研制開發(fā)的“海底60米多用途鉆機”深海試驗成功。
　　
　　這次海試成功，也標志著我們國家自主具備了深水海底取樣能力，并在此領域超越俄羅斯和日本等國，達到世界先進水平。這項技術的運用將極大提高我國深海海洋地質科學水平以及巖土工程技術水平的提高。
　　
　　“海底60米多用途鉆機系統技術開發(fā)與應用研究”是我國863計劃海洋技術領域主題項目中，湖南科技大學擔任主持單位，該校獨立自主研制了“海底60米多用途鉆機”“海牛號”。今年1月中旬，項目的海上試驗大綱已通過專家組評審。
　　
　　5月22日，“海牛”號在廈門近海4號錨地首次試水，實現了海上鉆機下放和著底、姿態(tài)調平、海底原位探測、鉆機回收等測試，通訊、控制等各系統運行正常，試驗數據指標達到預期效果。
　　
　　海底60米多用途鉆機是國內首次研制，缺乏相應的海上試驗經驗和協同保障條件，因此海試必須按照“由淺入深、安全第一”的原則進行。此次海試主要包括海底60米多用途鉆機本體、海底原位探測儀、甲板控制與配電系統、移動式海底鉆機配套收放系統、支持母船等內容，為深海試驗積累了經驗，達到了試驗目的。
　　
　　可勘探可燃冰
　　
　　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用之最。
　　
　　現在，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。
　　
　　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?，F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(jié)省的重量意味著“海牛”具備更大的發(fā)展?jié)摿Α?/div>
　　
　　“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(fā)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(yè)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(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”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“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?？扇急樱瑹o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的突破。”萬步炎說。

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