簡介
2015年6月10日,中國首台重型裝備海底60米多用途鑽機“海牛”號,隨著“海大”號科考船進入中國南海海域進行深海測試。
在南海深海試驗。成功實現了在水深3109米的深海海底,對海床進行60米鑽探。中國也成為世界上第四個掌握這一技術的國家。“海牛”整體作業時間只需要14個小時,比國外同類鑽機快五倍。製造成本不到進口設備一半。經過輕量化設計,可在中小型科考船上實現搭載,進行深海地層研究,海底礦藏勘探,為中國繪製一張海底的“藏寶圖”。
研製歷史
“海底60米多用途鑽機系統技術開發與套用研究”是中國863計畫海洋技術領域主題項目。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,承擔了“海底60米多用途鑽機系統技術開發與套用研究”,就是要研製成功可搭載於普通科考船,在3000米海水深處往地底下“鑽”60米的鑽機。
萬步炎是中國第一台深海淺地層岩心取樣鑽機的發明人,2003年,鑽探深度只有0.7米,但那是中國人深海鑽探邁出的第一步;2007年,他和他的團隊研製出2米深海鑽機;2010年,研製出20米深海鑽機;到2014年,中國的多條海洋科考船都配備了萬步炎團隊所發明的專利設備,並利用它在各大海洋鑽了1000多個勘探孔,成為全球深海鑽機海上套用之最。
2015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,實現了海上鑽機下放和著底、姿態調平、海底原位探測、鑽機回收等測試,通訊、控制等各系統運行正常,試驗數據指標達到預期效果。6月10日海試主要包括海底60米多用途鑽機本體、海底原位探測儀、甲板控制與配電系統、移動式海底鑽機配套收放系統、支持母船等內容,為深海試驗積累了經驗,達到了試驗目的。
結構及功能
“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”號在製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根鑽桿,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,鑽進岩層,然後再接入下一根鑽桿。“海牛”號接卸鑽桿的速度非常快,大概需要兩分五十多秒,而國外的鑽機大概需要好幾分鐘甚至十幾分鐘。
“海牛”號不僅可以用來鑽孔取芯,還可以原位探測岩石的電阻率、孔隙率,以及給孔內周邊岩石拍照等。同時,研發團隊完全自主研發的“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,大大提高了作業效率。
特點
無論是相較其他三個國家研製出的50米以深深海鑽機,還是相較自己研製並在中國已投入使用的20米深海鑽機,“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體上,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米深度的鑽機,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”不僅可以用來鑽孔取芯,即鑽取岩心送到實驗室檢測,還可以原位探測岩石的電阻率、孔隙率,以及給孔內周邊岩石拍照等。原位探測,其結果較取芯送實驗室測試更為準確。“海牛”不僅可鑽硬岩還可以用來鑽取稀軟的海底沉積物。
“效率”牛。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。
重要意義
在深海鑽機研製領域,50米是道坎兒。哪個國家擁有超過50米的深海鑽孔深度的裝備,就擁有了國際先進的深海鑽探能力,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。“海牛”號就是這樣的利器,換言之,“海牛”的海試成功,讓中國在搶占公海礦產資源開發權上多了一分技術優勢。
海牛號鑽機海試成功,標誌著中國自主具備了深水海底取樣能力,並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中國深海海洋地質科學水平以及岩土工程技術水平的提高。