湘潭再次捧回,最大钻深能力达到90米

来源:http://www.hdxcsm.com 作者:社会中心 人气:132 发布时间:2019-07-08
摘要:11月23日讯 11月22日,从湖南科技大学传来消息,在11月20日于北京举行的“海牛号”深海海底深孔钻机系统与取芯技术成果评价会上,由该校万步炎团队领衔研制的“海牛号”深海海底深

11月23日讯11月22日,从湖南科技大学传来消息,在11月20日于北京举行的“海牛号”深海海底深孔钻机系统与取芯技术成果评价会上,由该校万步炎团队领衔研制的“海牛号”深海海底深孔钻机的多项新技术成果赢得了专家组的一致肯定。目前,“海牛”的最大钻深能力已达90米,较之前增加了30米。此外,“海牛”在取芯技术、平均取芯率、作业效率等多个方面也取得了新突破。

25日,记者从湖南科技大学获悉,学校万步炎教授团队自主研制的“海牛号”深海海底深孔钻机系统与取芯技术,日前在北京通过了由中国海洋工程咨询协会组织的科技成果评价会。*组一致认为,其取芯技术、实际*大作业水深、平均取芯率、作业效率等技术指标均居国际*水平。 “海牛号”深海海底深孔钻机是目前国内首台也是*一台完全自主研发的深海海底深孔取芯钻机,钻机应用水深可超3000米、*大钻深能力达90米,包含了四项发明。发明了深海遥控自动深孔绳索取芯钻机技术和国内首套海底深孔钻机系统,海底作业效率、岩芯取芯率、母船适应性、重量等多项关键技术和经济指标优于国外*新一代海底钻机;发明了正反循环结合兼用的绳索取芯专用钻具,国际首创出适用于海底钻机的深海复杂地层全自动远程智能控制方法及*操作系统软件,实现了海底复杂地层智能化高取芯率钻探技术;发明了深海底沉积物抽吸型地质取芯专用钻具,相应取芯工艺方法,实际钻孔深度可达82.5米,平均取芯率87.15%,与国际上深海钻探船同类工程相比,勘探作业成本降低90%以上,效率提高6—8倍;发明并研制了国内首套水深大于3000米、重型海底钻机布放系统,与国外同类海底钻机甲板操作系统相比,可适用于较小的作业母船,使用成本大幅降低。 截至目前,该成果已连续四年成功应用于我国重大深海海底地质资源项目与海底地质工程勘探任务中,在我国海域开展四次地质勘探取芯作业,合计获取岩芯样本1607.88米。

时隔9年后,湘潭再次捧回“湖南光召科技奖”

图片 1   5月22日, “海牛”号在厦门近海4号锚地首次试水,实现了海上钻机下放和着底、姿态调平、海底原位探测、钻机回收等测试,通讯、控制等各系统运行正常,试验数据指标达到预期效果。

2015年,由湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室主任万步炎领衔研制的海底60米多用途钻机“海牛”,在南海深海海试成功,实现了在水深超过3000米的深海海底,对海床进行60米钻探。我国由此成为继美国、德国、澳大利亚之后,第四个掌握此项技术的国家。

“海牛”,牛!

图片 2 6月14日,“海牛”号在南海3000米深海底对海床进行60米钻探。

海试成功以来,“海牛”已连续4年成功应用于我国重大深海海底地质资源项目与海底地质工程勘探任务中,在我国海域开展四次地质勘探取芯作业,共获取岩芯样本1607.88米。4年来,在积极参与深海科考与勘探项目的同时,万步炎团队也不断对“海牛”的多项关键技术更新升级。

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图片 4 “海牛”号原理

除最大钻深能力取得突破之外,万步炎团队发明了正反循环结合兼用的绳索取芯专用钻具,国际首创适用于海底钻机的深海复杂地层全自动远程智能控制方法及专家操作系统软件,实现了海底复杂地层智能化高取芯率钻探技术。发明了深海底沉积物抽吸型地质取芯专用钻具以及机载抽吸筒同步定量抽吸加全自动匀速压入工程地质取芯工艺方法,使得“海牛”平均取芯率达87.15%。与国际上深海钻探船同类工程相比,勘探作业成本可降低90%以上,效率提高6至8倍。此外,在海底钻机布放系统、收放方法等方面也获得了新进展,与国外同类海底钻机甲板操作系统相比,可适用于较小的作业母船,使用成本大幅降低。“该成果研制难度大,系统复杂,技术成熟可靠,拥有自主知识产权并成功应用,总体技术达到国际先进水平,其中取芯技术、实际最大作业水深、平均取芯率、作业效率居国际领先水平。”在20日举行的成果评价会上,评价委员会专家一致点赞。

第十一届“湖南光召科技奖”获奖者万步炎

图片 5 我国自主研发的海底60米多用途钻机“海牛”号

截至目前,“海牛”已获发明专利10件、实用新型专利15件、外观设计专利1件、软件着作权3件。据万步炎介绍,设计钻孔深度达230米、具有保压功能的“海牛2号”现正在研发中,目前进展顺利。

3月6日讯(社全媒体记者 王超 通讯员 唐亚慧 吴建国)2月27日召开的湖南省推进创新型省份建设暨科技奖励大会,公布和表彰了2018年度湖南省科学技术奖获奖项目。湘潭市获得29个奖项,获奖总数位居全省第二位。

  据央视报道,昨天,我国自主研发的海底60米多用途钻机“海牛”号日前在南海深海海试成功,返回厦门港。此次海试首次实现了在水深超过3000米的深海海底,对海床进行60米钻探,标志着我国具备了深水海底取样的能力,我国成为继美国、德国、澳大利亚之后第四个掌握此项技术的国家。

在这29个科技奖项中,含金量最高的“湖南光召科技奖”被我国第一台深海钻机“海牛号”发明人、湖南科技大学教授万步炎摘得。这也是湘潭市时隔9年后再次有人获此殊荣。

  6月10日,我国首台重型装备海底60米多用途钻机“海牛”号,随着“海大”号科考船驶离汕头港,进入我国南海海域进行深海测试。

多项关键技术国际领先

  钻探是矿产资源勘探的最后一步,也是关键环节。通过钻探取样分析,可以确定矿藏储量、品位和埋藏形态,为日后开采勾勒出一幅“藏宝图”。

当前,建设海洋强国已上升为国家层面的重大战略决策。世界主要海洋强国争相发展海底钻机技术和装备,海底钻机技术竞争日趋白热化。和世界上其他海洋强国比起来,我国海洋建设起步较晚,基础也相对薄弱,发展需求十分迫切。

  湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与技术湖南省工程实验室主任万步炎带领的团队,承担的“海底60米多用途钻机系统技术开发与应用研究”,就是要研制成功可搭载于普通科考船,在3000米海水深处往地底下“钻”60米的钻机。

2003年,万步炎团队成功研制出我国第一台深海浅层岩芯取样钻机,并成功在海底下钻0.7米,由此开启了我国自主研发深海钻机的历史。16年来,从0.7米、2米、5米、20米到60米、90米……万步炎带领团队,先后攻克了深海遥控/自动绳索取芯与薄壁钻杆快速可靠接卸存取技术、适应深海复杂环境的高精度远程测控系统等难题,并成功研发了国内首套海底深孔钻机系统。2015年6月,“海牛”——海底60米多用途钻机在南海3109米海底海试成功,一举刷新了我国深海钻机钻探深度。

  在深海钻机研制领域,50米是道坎儿。哪个国家拥有超过50米的深海钻孔深度的装备,就拥有了国际先进的深海钻探能力,能勘探到更大埋深的海底矿产资源。更关键的是,根据联合国规定,公海矿产资源,遵循谁有能力先勘探,谁就具有优先开发权的规则。“海牛”号就是这样的利器,换言之,“海牛”的海试成功,让我国在抢占公海矿产资源开发权上多了一分技术优势。

“海牛”越钻越深,它在深海钻下的“中国孔”也越来越多。截至目前,“海牛”已在太平洋海底钻下了1000多个“中国孔”!除此之外,“海牛”还在技术创新方面取得了重大突破。具体“牛”在以下几个方面——

  据悉,“海牛”号腰围十米,如果站直了有6米高,重量仅为8.3吨,“海牛”号在制造时经过了严格的抗压试验。在水深大约3000米的海底,一个指甲盖大小的面积,就要承受300公斤的压力。

“钻探深度”牛:团队通过独特的工艺技术将“海牛”钻深能力由60米扩展至90米,此为国际领先;

  “海牛”的武器是身上的24根钻杆,每根2.5米长,像左轮手枪的子弹一样排列在圆盘之上。圆盘旋转,机械手取杆上膛,钻进岩层,然后再接入下一根钻杆。“海牛”号接卸钻杆的速度非常快,大概需要两份五十多秒,而国外的钻机大概需要好几分钟甚至十几分钟。

“取芯效率”牛:海底沉积物平均取芯率超过80%,硬岩平均取芯率超过90%,远远优于国外同类钻机。海底绳索取芯技术节省80%的水下辅助作业时间,将作业效率提高了5倍以上;

  钻头相当于“海牛”的犄角,由金刚石和硬质合金制成。科研人员为海牛设计了3种类型的钻头,一种专门针对硬岩地层,一种针对沉积岩软岩地层,还有一种是根据需要全面钻进不取(岩)芯的钻头。

“操控模式”牛:在全自动模式下,海底钻探作业可实现一键智能操作,自动控制水平国际领先。值得一提的是,仅8.3吨的机重即能实现90米的钻深,为今后钻机留下更多发展空间;

  “海牛”号在3000米深的海底“刨地犁地”10个小时候,终于触及60米深的深度。“海牛”出水后,科研人员卸下从深海不同底层取出的样本,除了矿藏,还能告诉人们海洋发生事件的时间序列。

“成本控制”牛:相比钻探船方式,海底钻孔取样作业成本仅为钻探船的1/10—1/20,可搭载在2500吨级小型科考船上,较之国外同类钻机降低母船使用成本40%以上。

  “海牛”号不仅可以用来钻孔取芯,还可以原位探测岩石的电阻率、孔隙率,以及给孔内周边岩石拍照等。同时,研发团队完全自主研发的“绳索取芯”关键技术,使打60米孔由以前的4天~5天缩短为现在的20多小时,大大提高了作业效率。

中国工程院院士、油气钻井工程专家苏义脑评价:“‘海牛号’总体技术达到国际先进水平,其中取芯技术、实际最大作业水深、平均取芯率、作业效率均处于国际领先水平。”

  经过随船专家确认,由湖南科技大学、中国科学院海洋研究所、和广州海洋地质调查局共同研制开发的“海底60米多用途钻机”深海试验成功。

在应用领域取得成效

  这次海试成功,也标志着我们国家自主具备了深水海底取样能力,并在此领域超越俄罗斯和日本等国,达到世界先进水平。这项技术的运用将极大提高我国深海海洋地质科学水平以及岩土工程技术水平的提高。

从2015年起,“海牛”在中国科学院海洋研究所、青岛海洋地质研究所、中海油田服务股份有限公司等多家单位进行了应用,并出色完成了2016年、2018年海底天然气水合物勘探,和2017年我国首个超千米深水天然气田-陵水17-2深水天然气田工程地质勘察任务,取得了可喜的实际成效。

  “海底60米多用途钻机系统技术开发与应用研究”是我国863计划海洋技术领域主题项目中,湖南科技大学担任主持单位,该校独立自主研制了“海底60米多用途钻机”“海牛号”。今年1月中旬,项目的海上试验大纲已通过专家组评审。

2015年、2018年,“海牛号”先后搭载“海大号”科考船,取得海底沉积物样品,为古地理环境研究及地质年代判定、海底微生物生命科学、海底沉积及动力环境等研究,提供了重要科学依据。

  5月22日,“海牛”号在厦门近海4号锚地首次试水,实现了海上钻机下放和着底、姿态调平、海底原位探测、钻机回收等测试,通讯、控制等各系统运行正常,试验数据指标达到预期效果。

“做地质研究工作,需要一个连续性比较好的柱状沉积物,‘海牛号’可以连续取样。经测量,‘海牛号’将海域沉积层编年地质史由原来的3万年提高到30万年。‘海牛号’适用于不同的海域地层上,包括有软泥、非固结流砂、脆硬岩石交错出现复杂地层等,‘海牛’都钻透了,在我国没有其他钻机能做到这一点。”青岛海洋地质研究所研究员蔡锋说,他对“海牛”的应用前景充满信心。

  海底60米多用途钻机是国内首次研制,缺乏相应的海上试验经验和协同保障条件,因此海试必须按照“由浅入深、安全第一”的原则进行。此次海试主要包括海底60米多用途钻机本体、海底原位探测仪、甲板控制与配电系统、移动式海底钻机配套收放系统、支持母船等内容,为深海试验积累了经验,达到了试验目的。

多年来,我国许多海洋地质和环境科学家只能利用综合大洋钻探计划等项目,开展相关海洋地质合作研究,大洋资源调查也仅仅是使用海底浅层岩芯钻机,实现钻孔深度数米的海底浅表层取芯钻探。我国海底资源钻探和深海地质工程勘探取芯作业,完全是靠巨额资金租用国外钻探船来完成。

  可勘探可燃冰

“当前,‘海牛号’正朝着230米甚至更深的钻进深度进发,国家重点研发计划具有保压取芯功能的‘海牛2号’也正在研发中,目前进展顺利,预计新一代钻机2020年海试。”万步炎信心满满地告诉记者。

  万步炎是我国第一台深海浅地层岩心取样钻机的发明人,2003年,钻探深度只有0.7米,但那是中国人深海钻探迈出的第一步;2007年,他和他的团队研制出2米深海钻机;2010年,研制出20米深海钻机;到2014年,我国的多条海洋科考船都配备了万步炎团队所发明的专利设备,并利用它在各大海洋钻了1000多个勘探孔,成为全球深海钻机海上应用之最。

  现在,万步炎团队再次研发出达世界先进水平的60米海底深孔岩心钻机。

  钻探深度从20米到60米,看起来只有短短的40米,但这不是普通的40米,而是在海水深度3000米以下的40米。

  万步炎表示,钻探深度的增加,就必然会带来钻机装备重量的增加,对一艘普通科考船来说,海上作业难度随之增加。如何在设计上进行“轻量化”处理很关键。

  无论是相较其他三个国家研制出的50米以深深海钻机,还是相较自己研制并在我国已投入使用的20米深海钻机,“海牛”都是有几个“牛”点的:

  “操控”牛。万步炎团队在装备的操作软件上,花了很大的功夫。现在,“海牛”整机自动控制水平较高,基本上可以做到傻瓜式操作。这样一来,对操作工人的技能培训要求就很低了。

  “体重”牛。整机的重量仅为8.3吨,而国外超过50米深度的钻机,重量都在10吨以上,而节省的重量意味着“海牛”具备更大的发展潜力。

  “功能”牛。“海牛”不仅可以用来钻孔取芯,即钻取岩心送到实验室检测,还可以原位探测岩石的电阻率、孔隙率,以及给孔内周边岩石拍照等。原位探测,其结果较取芯送实验室测试更为准确。“海牛”不仅可钻硬岩还可以用来钻取稀软的海底沉积物。

  “效率”牛。万步炎感到最为自豪的,是团队完全自主研发的“绳索取芯”关键技术。同样打60米孔,以前需要4—5天时间,现在可缩短为20多小时,大大提高了作业效率。

  “价格”牛。一旦“海牛”海试通过,这样的国产化装备,价格就可以比进口设备降低一半至2/3。

  在800米到2000多米深度的海底层,它的深度压力,最适合天然气水合物形成与水的结合体——海洋矿产资源开采热点物质“可燃冰”。

  不难想象,特殊的海水深度与压力,让可燃冰有了“冰”的状态。可燃冰一旦离开了这个海水深度,就会变成气体而不以“冰”态存在了。因此普通的深海钻机是无法取样这样的物质的。唯一的办法,就是保持同等压力的状态下,将可燃冰取出。这就需要“保压取芯勘探系统”的研制。

  这种装备的研制,正是万步炎想要做的一个突破性工作。3月,他计划申请的“十三五”国家重点研发计划优先启动的重点研发任务“保压取芯勘探系统研制与应用示范”,通过了湖南科技大学的专家组论证。万步炎团队拟研制具保压取芯能力的海底钻机系统,预计最大钻进深度能力将达到220米,可充分满足可燃冰勘探需求。

  万步炎介绍,迄今为止,世界上最先进的海底钻机的最大钻孔深度能力仅为200米,而海底钻机的保压取芯能力在世界范围内也没有完全成功。如果能够研制成功,将这种海底保压钻机系统应用于我国南海或东海可燃冰取样,无疑是我国可燃冰勘探的巨大成就与进展,将有力推动我国可燃冰勘探事业与技术发展。

  “我们至少需要两个突破,一个是从60米到220米的钻孔深度的突破,一个是海底保压取芯技术的突破。”万步炎说。

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