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我国深海钻机技术跻身世界一流
www.hnedu.gov.cn 发布时间:2015年06月19日 16:49 浏览数:2203

我国深海钻机技术跻身世界一流

——湖南科技大学“海牛”钻机深海海试成功纪实

8.3吨重“海牛”下潜至3000多米海底, 成功钻进60米并取样,再顺利回到母船甲板,这是南海某海域发生的一幕。

6月10至12日,在国家863计划项目海试验收专家组、央视记者、科考船工作人员、“海牛”课题组成员共同见证下,由湖南科技大学为主承担,中国科学院海洋研究所、广州海洋地质调查局联合参与共同研发的“海牛”——“海底60米多用途钻机”在南海3109米海底海试成功。此举刷新了我国深海钻机钻探深度,标志着我国深海钻机技术从此跻身世界一流。

60米!我国深海钻机能力有了新记录

6月10日晚7点,经过三天两夜的连续航渡,行程540余海里,“海牛”号终于到达南海某海试地点。

“‘海牛’钻机课题组同志们请注意,半小时后到后甲板集合!”对讲机里传来项目首席专家万步炎教授的指令。

夜幕降临大海,茫茫一片漆黑,几颗星星在船尾上空随波摇曳。课题组成员们着好海试服,系好安全绳,戴好安全帽,马上各就各位。

配电系统、收放平台上电,液压泵、绞车开启,A架外推。“海牛”在钢绳的牵引下,沿着收放平台缓缓移出后甲板,再旋转至竖直。底部托盘支架打开后,“海牛”首次钻入南海这片蔚蓝。

1米,2米,……,“海牛”逐渐消失在大家的视线里。甲板上只听见有节奏释放缆绳的声音。借着后甲板灯光,海面上只看到缆绳在往海里扎,100米,200米,……。

晚上9点50分,“海牛”稳稳着陆3109米海底。

晚上9点55分,“海牛”完成海底姿态调平,信息反馈运行状态正常。

晚上10点11分,“海牛”在南海开钻第一杆。万步炎轻点鼠标,多功能机械手伸出,卡盘旋转,取钻杆、下钻具、动力头下行,几千米海底下“海牛”按主控电脑指令精准完成一系列钻进动作。

大家纷纷来到操控室,通过视频监控观看“海牛”的表现。同船参加多波束和电法试验项目的中国海洋大学师生,看到万步炎通过电脑遥控3000多米海底、8吨多重的“海牛”向下钻探时,不约而同点头称赞。“我搞海洋地质勘探几十年,从没见到过海底3000多米下的岩石,今天总算有机会看到了。”中海油服物探事业部主任工程师周杨锐对着“海牛”传上来的监控画面兴奋地说。

接钻杆、收管芯、加压钻进,一杆接一杆,2.5米、5米、7.5米……,“海牛”在海底一步步掘进。时间在不知不觉中过去,又是一个不眠之夜,太阳已从海平面渐渐升起,

6月11日早晨8点10分,最后一根钻杆钻进到底,在3100多米海底,“海牛”成功下钻60米!这是中国深海钻机钻探新记录,大家不由自主拍掌叫好,万步炎脸上露出了笑容。

“3000米+”,“海牛”成长记

这60米不是简简单单的60米,而是3000多米以下的深海海底钻探,涉及复杂海况下钻机收放、姿态调整、耐压密封、钻杆及芯管接卸、钻进取芯、自动测控等多种技术,凝聚了“海牛”研究团队成员几年来的心血。

2012年6月,“海底60米多用途钻机系统技术开发与应用研究”项目正式启动,同年11月完成总体方案设计。项目组给钻机取名为“海牛”。

2013年12月完成关键设备的试验测试、钻机本体及移动式海底钻机配套收放系统的设计与零部件加工与制造。

2014年4月完成移动式海底钻机配套收放系统、甲板控制与配电系统等关键技术环节的各项研制工作。

2014年12月 “海牛”完成系统集成、实验室联调和水池耐压、密封性能测试。

2015年6月7日,在世界海洋日前夕,“海牛”开赴南海,接受国家863计划项目海试验收专家组海试验收考评。

2015年6月10日,“海牛”沉稳着陆3109米海底,远超验收要求海底2500米指标。操作人员通过操控系统,成功实现了“海牛”姿态调平、海底寻址。依照操作人员发出的各项指令,“海牛”有条不紊地接卸钻杆、钻具及芯管,下钻60米并成功取样,顺利回收。

2015年6月12日,“海牛”顺利通过国家863计划项目海试验收专家组验收,一致认定:钻机本体各项操作性能表现优秀,整套系统设计合理,各项功能完备,海底作业流畅,下放回收安全可靠,具有较高的稳定性和环境适应性。

0.7米到60米,专注海底钻机12年

一次高价钱租用国外钻机海上钻探失败的经历,让一直从事钻探研究的万步炎下定决心,“要研制出自己的钻探设备!”

12年来,万步炎带领科研团队,专注海洋钻探设备研发制造,注重技术创新,在深海钻探设备研发领域取得一系列骄人战绩:2003年,团队研制出国内首台深海钻探设备,虽然深度只有0.7米,但那是中国人深海钻探迈出的第一步;2006年团队研制出富钴结壳取样器用于“蛟龙”号深海勘探;2007年,研制出2米深海钻机;2010年,研制出20米深海钻机;今天,“海牛”深海钻探60米成功!

每一点进步都凝聚着团队的辛勤付出, 万步炎带领科研团队在以前的基础上实现了多项技术创新和突破,与国外同类钻机相比,“海牛”有很多很“牛”的地方。

设计——轻巧、实用。此次“海牛”研制团队充分考虑了轻量化设计,相比于国外同类型钻机,“海牛”已“瘦身”近四吨,重量仅为8.3吨,这样安装、操控更方便,适合装载到国内各类科考船上,使用前景更广。“海牛”设计新颖,其外观设计、收放装置、钻杆夹持器、动力卡盘等6项获国家专利。“海牛”更注重实用性,集钻孔、取芯、原位探测等功能为一体,还可根据不同地质情况,选取软质、硬岩不同钻进模式进行钻探。

操控——方便、快捷。“海牛”实现了可视化自动操控,课题组成员通过系统集成和软件研发,借助甲板控制系统与配电系统、移动式海底钻机配套收放系统,轻触按钮或点击鼠标即可实现钻机本体的自动收放、姿态调平、海底寻址等动作;依照主控计算机发出的指令,“海牛”钻机能在两千多米海底下自动接卸钻杆、钻具及芯管,实施加、减压控制动力头的上、下行进退。这样实现了几千米海底下的遥控作业,同时,大大降低了操作工人的劳动强度和技能要求,基本上实现了一学即会的“傻瓜”式快捷操作。

运行——灵活、高效。“海牛”团队将陆地钻探常用的人工“绳索取芯”技术,通过机械装置和技术研发巧妙运用到深海钻机上,实现了电脑操控下海底无人自动化操作。团队创新性运用单机械手多位移动技术,节省了设计空间,提高了运行效率。以钻进60米为例,以往需要4—5天作业时间,而现在缩短为20几个小时,作业效率得以大幅提高。团队改进了卡盘驱动方式,通过电脑精密计算分度,确定推进行程,保障“海牛”动作准确无误。正是基于轻量化设计和电脑指令操控,“海牛”在钻进、取芯过程中表现了出绝对优越性。

由20米到60米,虽然“海牛”在钻深能力上只增加了40米,但其意义非凡。在深海钻机研制领域公认50米是道坎,谁掌握超过50米的深海钻机技术装备,谁就拥有了国际先进的深海钻探能力,谁就能勘探到更多的海底矿产资源。按联合国规定,国际海底矿产资源,遵循谁有能力先勘探,谁就具有优先开发权,“海牛”海试成功让我国在国际海底矿产资源开发上多了一分技术优势和竞争能力。

“海牛”的海试成功,标志着我国在深海钻机技术领域超越俄、日等国,将与美、德、澳三国并驾齐驱。“海牛”钻机填补了国内深海钻机工程装备的空白,为我国开展海洋地质环境研究、矿产资源勘探和海底工程勘察提供钻探利器,也为我国实施国家海洋战略,实现制造强国的战略目标提供了技术支撑。(湖南科技大学供稿)



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