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我國開發(fā)出由硬質(zhì)合金和金剛石制成的深海礦產(chǎn)利器

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

導(dǎo)讀： 據(jù)央視報(bào)道，日前，我國自主研發(fā)的海底60米多用途鉆機(jī)海牛號(hào)日前在南海深海海試成功，返回廈門港。此次海試首次實(shí)現(xiàn)了在水深超過30
        據(jù)央視報(bào)道，日前，我國自主研發(fā)的海底60米多用途鉆機(jī)“海牛”號(hào)日前在南海深海海試成功，返回廈門港。此次海試首次實(shí)現(xiàn)了在水深超過3000米的深海海底，對(duì)海床進(jìn)行60米鉆探，標(biāo)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(gè)掌握此項(xiàng)技術(shù)的國家。
　　
　　6月10日，我國首臺(tái)重型裝備海底60米多用途鉆機(jī)“海牛”號(hào)，隨著“海大”號(hào)科考船駛離汕頭港，進(jìn)入我國南海海域進(jìn)行深海測(cè)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(chǔ)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(xué)海洋礦產(chǎn)資源探采裝備與技術(shù)湖南省工程實(shí)驗(yàn)室主任萬步炎帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，承擔(dān)的“海底60米多用途鉆機(jī)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(jī)。
　　
　　在深海鉆機(jī)研制領(lǐng)域，50米是道坎兒。哪個(gè)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(jìn)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。“海牛”號(hào)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(chǎn)資源開發(fā)權(quán)上多了一分技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
　　
　　據(jù)悉，“海牛”號(hào)腰圍十米，如果站直了有6米高，重量?jī)H為8.3噸，“海牛”號(hào)在制造時(shí)經(jīng)過了嚴(yán)格的抗壓試驗(yàn)。在水深大約3000米的海底，一個(gè)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(zhǎng)，像左輪手槍的子彈一樣排列在圓盤之上。圓盤旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手取桿上膛，鉆進(jìn)巖層，然后再接入下一根鉆桿。“海牛”號(hào)接卸鉆桿的速度非?？欤蟾判枰獌煞菸迨嗝?，而國外的鉆機(jī)大概需要好幾分鐘甚至十幾分鐘。
　　
　　鉆頭相當(dāng)于“海牛”的犄角，由金剛石和硬質(zhì)合金制成?？蒲腥藛T為海牛設(shè)計(jì)了3種類型的鉆頭，一種專門針對(duì)硬巖地層，一種針對(duì)沉積巖軟巖地層，還有一種是根據(jù)需要全面鉆進(jìn)不取(巖)芯的鉆頭。
　　
　　“海牛”號(hào)在3000米深的海底“刨地犁地”10個(gè)小時(shí)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(shí)間序列。
　　
　　“海牛”號(hào)不僅可以用來鉆孔取芯，還可以原位探測(cè)巖石的電阻率、孔隙率，以及給孔內(nèi)周邊巖石拍照等。同時(shí)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)完全自主研發(fā)的“繩索取芯”關(guān)鍵技術(shù)，使打60米孔由以前的4天～5天縮短為現(xiàn)在的20多小時(shí)，大大提高了作業(yè)效率。
　　
　　經(jīng)過隨船專家確認(rèn)，由湖南科技大學(xué)、中國科學(xué)院海洋研究所、和廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局共同研制開發(fā)的“海底60米多用途鉆機(jī)”深海試驗(yàn)成功。
　　
　　這次海試成功，也標(biāo)志著我們國家自主具備了深水海底取樣能力，并在此領(lǐng)域超越俄羅斯和日本等國，達(dá)到世界先進(jìn)水平。這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用將極大提高我國深海海洋地質(zhì)科學(xué)水平以及巖土工程技術(shù)水平的提高。
　　
　　“海底60米多用途鉆機(jī)系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用研究”是我國863計(jì)劃海洋技術(shù)領(lǐng)域主題項(xiàng)目中，湖南科技大學(xué)擔(dān)任主持單位，該校獨(dú)立自主研制了“海底60米多用途鉆機(jī)”“海牛號(hào)”。今年1月中旬，項(xiàng)目的海上試驗(yàn)大綱已通過專家組評(píng)審。
　　
　　5月22日，“海牛”號(hào)在廈門近海4號(hào)錨地首次試水，實(shí)現(xiàn)了海上鉆機(jī)下放和著底、姿態(tài)調(diào)平、海底原位探測(cè)、鉆機(jī)回收等測(cè)試，通訊、控制等各系統(tǒng)運(yùn)行正常，試驗(yàn)數(shù)據(jù)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期效果。
　　
　　海底60米多用途鉆機(jī)是國內(nèi)首次研制，缺乏相應(yīng)的海上試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和協(xié)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(jìn)行。此次海試主要包括海底60米多用途鉆機(jī)本體、海底原位探測(cè)儀、甲板控制與配電系統(tǒng)、移動(dòng)式海底鉆機(jī)配套收放系統(tǒng)、支持母船等內(nèi)容，為深海試驗(yàn)積累了經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)康摹?/div>
　　
　　可勘探可燃冰
　　
　　萬步炎是我國第一臺(tái)深海淺地層巖心取樣鉆機(jī)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(tuán)隊(duì)研制出2米深海鉆機(jī);2010年，研制出20米深海鉆機(jī);到2014年，我國的多條海洋科考船都配備了萬步炎團(tuán)隊(duì)所發(fā)明的專利設(shè)備，并利用它在各大海洋鉆了1000多個(gè)勘探孔，成為全球深海鉆機(jī)海上應(yīng)用之最。
　　
　　現(xiàn)在，萬步炎團(tuán)隊(duì)再次研發(fā)出達(dá)世界先進(jìn)水平的60米海底深孔巖心鉆機(jī)。
　　
　　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(huì)帶來鉆機(jī)裝備重量的增加，對(duì)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(jì)上進(jìn)行“輕量化”處理很關(guān)鍵。
　　
　　無論是相較其他三個(gè)國家研制出的50米以深深海鉆機(jī)，還是相較自己研制并在我國已投入使用的20米深海鉆機(jī)，“海牛”都是有幾個(gè)“牛”點(diǎn)的：
　　
　　“操控”牛。萬步炎團(tuán)隊(duì)在裝備的操作軟件上，花了很大的功夫?，F(xiàn)在，“海牛”整機(jī)自動(dòng)控制水平較高，基本上可以做到傻瓜式操作。這樣一來，對(duì)操作工人的技能培訓(xùn)要求就很低了。
　　
　　“體重”牛。整機(jī)的重量?jī)H為8.3噸，而國外超過50米深度的鉆機(jī)，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(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，還可以原位探測(cè)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(cè)，其結(jié)果較取芯送實(shí)驗(yàn)室測(cè)試更為準(zhǔn)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(tuán)隊(duì)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(shí)間，現(xiàn)在可縮短為20多小時(shí)，大大提高了作業(yè)效率。
　　
　　“價(jià)格”牛。一旦“海牛”海試通過，這樣的國產(chǎn)化裝備，價(jià)格就可以比進(jìn)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(diǎn)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(gè)海水深度，就會(huì)變成氣體而不以“冰”態(tài)存在了。因此普通的深海鉆機(jī)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(gè)突破性工作。3月，他計(jì)劃申請(qǐng)的“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃優(yōu)先啟動(dòng)的重點(diǎn)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(tuán)隊(duì)擬研制具保壓取芯能力的海底鉆機(jī)系統(tǒng)，預(yù)計(jì)最大鉆進(jìn)深度能力將達(dá)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(jìn)的海底鉆機(jī)的最大鉆孔深度能力僅為200米，而海底鉆機(jī)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(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于我國南?；驏|海可燃冰取樣，無疑是我國可燃冰勘探的巨大成就與進(jìn)展，將有力推動(dòng)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(gè)突破，一個(gè)是從60米到220米的鉆孔深度的突破，一個(gè)是海底保壓取芯技術(shù)的突破。”萬步炎說。

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