◎科技日報記者 俞慧友 通訊員 唐亞慧

北京時間4月7日，夜間11點，一隻高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。

這隻“神獸”，正是由湖南科技大學牽頭，我國自主研發的“海牛Ⅱ號”海底大孔深保壓取芯鑽機系統。此次，在南海超2000米深水中，鑽機成功下鑽231米，不僅填補了我國海底鑽深大於100米、具保壓取芯功能的深海海底鑽機裝備的空白，也刷新了世界深海海底鑽機的鑽深記錄，標誌着我國在這一技術領域已達世界領先水平。

海底鑽機，是開展海洋地質及環境科學研究、進行海洋礦產資源勘探和海底工程地質勘查所必備的海洋高技術裝備。此次這一重大海洋裝備的研製，依託了我國國家重點研發計劃“深海關鍵技術與裝備專項”課題，研製作業水深不少於2000米、鑽進深度不低於200米、保壓成功率不小於60%的海底大孔深保壓取芯鑽機系統，並最終形成一整套具自主知識產權的海底大孔深保壓鑽探取芯裝備技術與成果，爲我國海底天然氣水合物勘探提供裝備技術支撐。

“儘管它很龐大，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鑽深大於200米的深海海底鑽機。”項目負責人、湖南科技大學教授萬步炎說。

據科技日報記者瞭解，整個海底鑽機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、大容量鑽管存儲與鑽桿快速接卸、海底鑽機安全可靠下放和回收等四大技術攻關難點。

大孔深遙控全孔全程保壓繩索取芯，採用了獨創的巖芯管全長直接密封保壓取芯原理、技術與工藝，實現海底鑽機小口徑大孔深高效、高可靠全孔全程保壓取芯。

基於自主研發的高精度鑽壓、鑽速、循環水壓力和流量等多傳感器信息，融合多年海上實鑽經驗的專家操作系統，實現了地層性狀變化的快速自動判斷並自適應調整鑽進模式與參數，解決了海底鑽機與配套取芯工藝對海底複雜地層的適應性難題，大幅提高鑽探效率、取芯率和取芯質量。

多層大容量密集排布鑽管庫及精確定位移管機械手設計技術，則通過採用小巧的定位機構，實現了各層鑽管等間距排列，轉盤機構只需簡單動作即可將重達數噸的鑽管庫高精度步進旋轉。“精確定位多位移管機械手與高精度快速鑽桿接卸裝置協同動作，實現鑽桿、鑽具的快速接卸、巖芯管的取放和移管。”萬步炎說。

海底鑽機收放裝置的創新設計和完善的收放工藝上，團隊有效解決了因母船搖盪導致海底鑽機與收放裝置對齊與靠攏困難、易發生衝擊碰撞的問題，實現了海底鑽機水中自動校正收放方位、垂直翻轉過程自動抱緊海底鑽機功能，提高海底鑽機收放效率和收放過程的安全性與可靠性。

最終，這些全新的、基於海底鑽機繩索取芯技術的水合物保壓取芯原理，以及保壓取芯技術與工藝、輕量化設計技術、海底複雜地層智能鑽進專家系統等技術，顯著提高了鑽機鑽探效率、取芯質量、保壓成功率。與此同時，鑽機重量較國外同類鑽機，也實現了大幅減重，大大降低了水下收放作業難度。

我國研製“海牛”，起步於2015年前後，我國863計劃海洋技術領域項目“海底60米多用途鑽機系統技術開發與應用研究”。也是2015年，達世界先進水平的60米海底深孔岩心鑽機“海牛”面世，首次南海試水，邁向深藍。當時，“海牛”在3000米海水深處，再往地底下“鑽”60米，用於礦產資源勘探最後一步的“鑽探”。

此後的2017年，萬步炎向科技日報記者透露，團隊將針對存在於800米到2000多米深度的海底層“可燃冰”，開發“保壓取芯勘探系統”。

他解釋，在特殊的海水深度與壓力下，可燃冰呈現“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。因而，普通深海鑽機不適合取樣可燃冰。只有在保持同等壓力的狀態下，將可燃冰取出。這就需要研製“保壓取芯勘探系統”。“研製成功的話，預計最大鑽進深度能力將達230米，能充分滿足可燃冰勘探需求。但是至少，我們要實現兩個突破。一個是從60米到230米的鑽孔深度的突破，另一個海底保壓取芯技術的突破。”

萬步炎當年的願望，今天得已成功實現。

來源：科技日報

終審：何屹