北京時間4月7日23時,，一只高7.6米,、“腰圍”10米、體重12噸的龐大“神獸”,，悄悄“潛”入了南海2000米的水下,。

這只“神獸”,，正是由湖南科技大學(xué)牽頭,，我國自主研發(fā)的“海牛Ⅱ號”海底大孔深保壓取芯鉆機(jī)系統(tǒng)。此次,，在南海超2000米深水中,，鉆機(jī)成功下鉆231米，不僅填補了我國海底鉆深大于100米,、具有保壓取芯功能的深海海底鉆機(jī)裝備的空白,，也刷新了世界深海海底鉆機(jī)的鉆深紀(jì)錄，標(biāo)志著我國在這一技術(shù)領(lǐng)域已達(dá)世界領(lǐng)先水平,。

海底鉆機(jī),，是開展海洋地質(zhì)及環(huán)境科學(xué)研究、進(jìn)行海洋礦產(chǎn)資源勘探和海底工程地質(zhì)勘查所必備的海洋高技術(shù)裝備,。此次這一重大海洋裝備的研制,，依托了我國國家重點研發(fā)計劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備專項”課題，研制作業(yè)水深不少于2000米,、鉆進(jìn)深度不低于200米,、保壓成功率不小于60%的海底大孔深保壓取芯鉆機(jī)系統(tǒng)，并最終形成一整套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海底大孔深保壓鉆探取芯裝備技術(shù)與成果，為我國海底天然氣水合物勘探提供裝備技術(shù)支撐,。

“盡管它很龐大,，但它潛入海底依然是很靈活的。它也是目前世界上唯一一臺海底鉆深大于200米的深海海底鉆機(jī),?！表椖控?fù)責(zé)人、湖南科技大學(xué)教授萬步炎說,。

據(jù)科技日報記者了解,，整個海底鉆機(jī)主要攻克了大孔深遙控全孔全程保壓繩索取芯、智能化與專家操作系統(tǒng),、大容量鉆管存儲與鉆桿快速接卸、海底鉆機(jī)安全可靠下放和回收等四大技術(shù)攻關(guān)難點,。

大孔深遙控全孔全程保壓繩索取芯,，采用了獨創(chuàng)的巖芯管全長直接密封保壓取芯原理、技術(shù)與工藝,，實現(xiàn)海底鉆機(jī)小口徑大孔深高效,、高可靠全孔全程保壓取芯。

基于自主研發(fā)的高精度鉆壓,、鉆速,、循環(huán)水壓力和流量等多傳感器信息，融合多年海上實鉆經(jīng)驗的專家操作系統(tǒng),，實現(xiàn)了地層性狀變化的快速自動判斷并自適應(yīng)調(diào)整鉆進(jìn)模式與參數(shù),，解決了海底鉆機(jī)與配套取芯工藝對海底復(fù)雜地層的適應(yīng)性難題，大幅提高鉆探效率,、取芯率和取芯質(zhì)量,。

多層大容量密集排布鉆管庫及精確定位移管機(jī)械手設(shè)計技術(shù)，則通過采用小巧的定位機(jī)構(gòu),，實現(xiàn)了各層鉆管等間距排列,，轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)只需簡單動作即可將重達(dá)數(shù)噸的鉆管庫高精度步進(jìn)旋轉(zhuǎn)?！熬_定位多位移管機(jī)械手與高精度快速鉆桿接卸裝置協(xié)同動作,，實現(xiàn)鉆桿、鉆具的快速接卸,、巖芯管的取放和移管,。”萬步炎說,。

海底鉆機(jī)收放裝置的創(chuàng)新設(shè)計和完善的收放工藝上,，團(tuán)隊有效解決了因母船搖蕩導(dǎo)致海底鉆機(jī)與收放裝置對齊與靠攏困難、易發(fā)生沖擊碰撞的問題，實現(xiàn)了海底鉆機(jī)水中自動校正收放方位,、垂直翻轉(zhuǎn)過程自動抱緊海底鉆機(jī)功能,，提高海底鉆機(jī)收放效率和收放過程的安全性與可靠性。

最終,，這些全新的,、基于海底鉆機(jī)繩索取芯技術(shù)的水合物保壓取芯原理，以及保壓取芯技術(shù)與工藝,、輕量化設(shè)計技術(shù),、海底復(fù)雜地層智能鉆進(jìn)專家系統(tǒng)等技術(shù)，顯著提高了鉆機(jī)鉆探效率,、取芯質(zhì)量,、保壓成功率。與此同時,，鉆機(jī)重量較國外同類鉆機(jī),，也實現(xiàn)了大幅減重，大大降低了水下收放作業(yè)難度,。

我國研制“海?！保鸩接?015年前后,，我國863計劃海洋技術(shù)領(lǐng)域項目“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”,。也是在2015年，達(dá)世界先進(jìn)水平的60米海底深孔巖心鉆機(jī)“海?！泵媸?，首次南海試水，邁向深藍(lán),。當(dāng)時,，“海牛”在3000米海水深處,，再往地底下“鉆”60米,，用于礦產(chǎn)資源勘探最后一步的“鉆探”。

此后的2017年,，萬步炎曾向科技日報記者透露,，團(tuán)隊將針對存在于800米到2000多米深度的海底層“可燃冰”，開發(fā)“保壓取芯勘探系統(tǒng)”,。

他解釋,，在特殊的海水深度與壓力下，可燃冰呈現(xiàn)“冰”狀,。但可燃冰一旦離開其適宜的海水深度,，就會變成氣體揮發(fā),。因而，普通深海鉆機(jī)不適合取樣可燃冰,。只有在保持同等壓力的狀態(tài)下,，將可燃冰取出。這就需要研制“保壓取芯勘探系統(tǒng)”,?！把兄瞥晒Φ脑挘A(yù)計最大鉆進(jìn)深度能力將達(dá)230米,，能充分滿足可燃冰勘探需求,。但是至少，我們要實現(xiàn)兩個突破,。一個是從60米到230米的鉆孔深度的突破,，另一個是海底保壓取芯技術(shù)的突破?！?/p>

萬步炎當(dāng)年的愿望,，今天得已成功實現(xiàn)。

贊,！二十一年磨一劍，這臺刷新世界深海海底鉆機(jī)鉆探深度的“海牛Ⅱ號”湖南造

在南海超2000米深水成功下鉆231米……北京時間4月7日23時左右,，湖南科技大學(xué)領(lǐng)銜研發(fā)的我國首臺“海牛Ⅱ號”海底大孔深保壓取芯鉆機(jī)系統(tǒng)刷新了世界深海海底鉆機(jī)鉆探深度,。這一深海試驗的成功，填補了我國海底鉆探深度大于100米,，具備保壓取芯功能的深海海底鉆機(jī)裝備的空白,，標(biāo)志著我國在這一技術(shù)領(lǐng)域已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

“海牛Ⅱ號”海試成功

北京時間4月3日,，“海牛Ⅱ號”搭載海洋地質(zhì)二號科考船從廣州港口出發(fā),，抵達(dá)目標(biāo)工區(qū)并開展深海作業(yè)聯(lián)調(diào)聯(lián)試。海試作業(yè)于7日上午6時左右進(jìn)行,，8時30分,，“海牛Ⅱ號”成功坐底在水深2060米的海底，在海底完成姿態(tài)調(diào)平后,，進(jìn)行了約15個小時的目標(biāo)層保壓取芯鉆探作業(yè),。

據(jù)悉，“海牛Ⅱ號”海底大孔深保壓取芯鉆機(jī)系統(tǒng)是我國重點研發(fā)計劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備專項”課題,，目標(biāo)是研制作業(yè)水深不小于2000米,，鉆探深度不小于200米，保壓成功率不小于60%,，可有效滿足我國海底天然氣水合物（可燃冰）資源勘探的海底大孔深保壓取芯鉆機(jī)系統(tǒng),?！昂Ｅ＂蛱枴便@機(jī)本體高7.6米，腰圍10米,，體重12噸,，水下重量10噸，是目前我國水下重量最重的地質(zhì)勘探科考設(shè)備,。它看似龐然大物,，到了海底“海牛Ⅱ號”就像一條泥鰍一樣靈活。

“相比較于目前世界上深海海底鉆機(jī)海底100余米的最大鉆探深度,，“海牛Ⅱ號”本次海底目標(biāo)層保壓取芯鉆探深度達(dá)到231米,，更是意義非凡?！薄昂Ｅ＂蛱枴笔紫茖W(xué)家萬步炎教授告訴記者,，這是目前世界上唯一一臺海底鉆探深度大于200米的深海海底鉆機(jī)，它采用全新的基于海底鉆機(jī)繩索取芯技術(shù)的水合物保壓取芯原理,、保壓取芯技術(shù)與工藝,、輕量化設(shè)計技術(shù)、以及海底復(fù)雜地層智能鉆進(jìn)專家系統(tǒng),，使得鉆探效率,、取芯質(zhì)量、保壓成功率顯著提高,，鉆機(jī)重量較國外同類鉆機(jī)大幅減少,，水下收放作業(yè)難度大幅降低，這次深海試驗的成功,，意味著我國在該技術(shù)領(lǐng)域已達(dá)到世界領(lǐng)先水平,。

二十一年磨一劍

萬步炎和他的科研團(tuán)隊，二十一年磨一劍,。2000年開始研制深海海底鉆機(jī),，2003年，成功研制出我國首臺深海淺層巖芯取樣鉆機(jī),，并成功在海底下鉆0.7米,，鉆獲第一個巖芯樣品，開啟了我國自主研發(fā)深海海底鉆機(jī)的歷程,。隨后十幾年,，萬步炎帶領(lǐng)他的團(tuán)隊扎根這一技術(shù)領(lǐng)域，執(zhí)著攻關(guān),。

2010年,，萬步炎的深海中深孔巖芯取樣鉆機(jī)研制成功，海底鉆探深度20米,。2015年他研發(fā)“海牛號”海底多用途鉆機(jī)取得成功,，改寫了我國深海海底鉆機(jī)鉆探深度紀(jì)錄,。2021年他研發(fā)“海牛Ⅱ號”海底大孔深保壓取芯鉆機(jī)系統(tǒng)在南海成功下鉆231米，刷新世界深海海底鉆機(jī)鉆探深度,。所有關(guān)鍵技術(shù)均為自主研發(fā),，目前已取得125項國家專利，4項國際發(fā)明專利,。

盡管已取得巨大成功,，但萬步炎及其團(tuán)隊的腳步?jīng)]有停下。據(jù)了解,，他和團(tuán)隊已經(jīng)把目光瞄向11000米水深的馬里亞納海溝,，在這里每一個指甲殼大小的面積將承受1噸的重量，力爭在未來幾年內(nèi),，實現(xiàn)11000米級水深地質(zhì)鉆探取樣,，為揭示海溝擴(kuò)張演化規(guī)律和獨特的生態(tài)系統(tǒng)及生命過程演化規(guī)律提供利器。

來源：科技日報俞慧友 通 訊 員 唐亞慧 圖片攝影：金永平三湘都市報

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