“海牛Ⅱ号”搭载科考舟驶向深海。 湖南科技年夜学供图
“海牛Ⅱ号”正在入行海试功课。 湖南科技年夜学供图
深海矿产资本丰硕，发明、研究它们，必要经由过程水下钻探获取样本。在各类取样方法中，海底钻机以其钻探本钱低、效率高、样品扰动小、易操作等上风，成为备受青睐的高技能设备。
不久前，我国自立研发的“海牛Ⅱ号”海底年夜孔深保压取芯钻机体系，在超2000米深水中，胜利下钻231米，刷新了深海海底钻机的世界记载，标志着我国在该领域到达世界领先程度。
望似粗笨，实则技艺非凡
钻探到200米如下，象征着我国理论上具有海洋资本全笼盖的勘探能力
“海牛Ⅱ号”由湖南科技年夜学传授万步炎领衔研发。万步炎先容，“海牛Ⅱ号”由海底钻机本体、海底原位探测仪、挪动式海底钻机配套收放体系等部门构成。“此中，钻机本体外观上是一个橙黄色、八边形的钢质机关，高7.6米，‘腰围’10米，体重12吨，是今朝我国水中最重的地质勘探科考设备。”
望似粗笨的“海牛Ⅱ号”，在海底干起活来却很机动。它的“武器”是身上的78根钻杆，每一根3米长，像左轮手枪的枪弹同样分列在圆盘之上。操作时，经由过程圆回旋转，机器手取杆上膛，把钻杆一根根钻入岩层。
钻头至关于“海牛Ⅱ号”的犄角，由金刚石以及硬质合金等质料制成。科研职员设计了分歧种类的钻头，有的针对硬岩地层，有的合用于沉积岩软岩地层。
“海牛Ⅱ号”是在4月7日刷新的世界记载。万步炎奉告记者，当天，颠末约两个半小时下潜后，“海牛Ⅱ号”抵达水深2060米的海底。完成姿态调整后，“海牛Ⅱ号”随即展开方针层保压取芯钻探功课。约15小时后，钻入孔深到达海底地下231米。
除了了钻患上深，“海牛Ⅱ号”另有一项独门特技——保压取芯。这是勘探可燃冰等某些海底矿产的关头。万步炎先容，在海水压力下，可燃冰呈“冰”状，它一旦脱离其适合的海水深度，就会因压力减小而酿成气体挥发。于是，平凡深海钻机没法取样可燃冰，只有在连结海底地层相称压力的状况下，才能做到。
此前，全世界海底钻机的最年夜钻孔深度设计能力为200米，而现实保压取芯功课最深只达到135米，“海牛Ⅱ号”则年夜年夜刷新了这一记载。
经由过程钻探取样阐发，可以领会矿躲储量、品位以及埋躲形态，为以后开采勾画出一幅“躲宝图”。“钻患上越深，能勘探的资本就越多。”万步炎说，当古人类发明的、具备贸易开采潜力的海洋矿产资本，根基上在海底200米之内。钻探到200米如下，象征着我国在理论上具有了海洋资本全笼盖的勘探能力。
凭据《联合国海洋法条约》，公海资本回全人类共有，资本开采权一般遵循谁勘探、谁优先的规则。业内专家暗示，“海牛Ⅱ号”是我国深海钻探的一把“白”，它的出鞘，使我国在海底固体矿产资本研究以及开发上多了一分技能上风。
攻克多个技能难题
所有关头技能均为自立研发，今朝已经取患上125项专利
深海压力年夜、温度低，“海牛Ⅱ号”要在繁杂的情况中，顺遂实现钻机收放、姿态调整、耐压密封、钻杆及芯管接卸、主动测控等一系列操作，技能难度很是年夜。
据万步炎先容，“海牛Ⅱ号”主要攻克了全程保压绳子取芯、钻管存储与钻杆快速接卸、智能化与专家操作体系、海底钻机平安靠得住下放以及收受接管等技能难题。
钻探进程中，某一段实现保压取芯其实不难，难的是全程保压。针对这一问题，科研职员一连多年攻关，经由过程年夜孔深远控全孔全程保压绳子取芯，采纳了独创的岩芯管全长直接密封保压取芯原理、技能与工艺，终极实现了海底钻机小口径年夜孔深高效、高靠得住全孔全程保压取芯。
万步炎说，“海牛Ⅱ号”很“聪慧”。科研职员为它量身定制了不少传感器装备。这些传感器，交融了团队多年的海上实地钻探经验。到了海底，钻头会凭据地层性状环境，快速主动果断并自顺应调整钻入模式与参数，解决了海底钻机与配套取芯工艺对海底繁杂地层的顺应性难题，从而年夜幅提高了钻探效率、取芯率以及取芯质量。
患上益于主动化、智能化的设计，一小我就可在母舟上完成“海牛Ⅱ号”操作。“海牛Ⅱ号”在钻孔取芯的同时，还能干“兼职”：原位探测岩石的电阻率、孔隙率，给孔内周边岩石摄影等。
在海底钻机收放装配的设计以及工艺上，团队解决了因母舟摇荡致使海底钻机与收放装配对齐与靠拢坚苦、易产生打击碰撞的问题，实现了海底钻机水中主动校订收放方位、垂直翻转进程主动抱紧海底钻机功能，提高海底钻机收放效率以及收放进程的平安性与靠得住性。
值患上一提的是，“海牛Ⅱ号”所有关头技能均为自立研发，今朝已经取患上125项专利。
研制“海牛Ⅱ号”，依托的是我国国度重点研发规划“深海关头技能与设备专项”课题。针对“海牛Ⅱ号”，使命书有三年夜方针，即功课水深很多于2000米、钻入深度不低于200米、保压胜利率不小于60%。令万步炎欢快的是，本次海试充实验证了“海牛Ⅱ号”的设计机能，并超预期实现了使命方针。
将来还将不竭优化
挑战万米级水深地质钻探取样，是团队接下来的方针
“海牛Ⅱ号”并不是“横空出生避世”，而是20多年坚韧不拔、延续研发的效果。2000年，万步炎团队起头研发深海海底钻机。3年后，团队做出了我国首台深海浅层岩芯取样钻机，并在海底下钻0.7米，得到首个岩芯样品。
2010年，这个团队研发的深海深孔岩芯取样钻机，又把海底钻探深度推动到20米。2012年，“海牛Ⅱ号”的前身——“海牛号”研制项目正式启动。2015年，“海牛号”在3000米海水下下钻了60米。由此，我国成为世界上第四个拥有能在水深年夜于3000米的海底入行60米钻探技能的国度。
现在，我国多条海洋科考舟配备了万步炎团队发现的专利装备，并在深海钻孔1000多个。
海底钻机的成长，与我国海底资本勘探历程慎密相连。万步炎奉告记者，1999年之前，中国没有能力研制年夜型深海电机设备，只能从外洋租借装备。厥后，我国决议自立研发深海钻探装备。万步炎团队迎难而上，接下了这项使命。他们几近从零起步，不竭试探，奋勇攻关。
比年来，我国日趋器重海洋技能设备研发。深海海底钻孔技能，对其他深海设备制造技能具备很强的辐射性，可以动员相干领域的研发。万步炎说，10多年前，科考舟上根基所有装备都是入口的，现在国产设备到达80%以上，将来这一比例将愈来愈高。
万步炎暗示，团队将入一步优化深海钻探装备机能，晋升它的情况顺应能力、功课机能以及智能化水平。别的，他们还规划推动“海牛Ⅱ号”量产，在海底油气采场以及海优势电场建设与工程地质勘查领域推行运用。
当前，“海牛Ⅱ号”还在海上事情。深度跨越万米的马里亚纳海沟，至今没有人类入行海底钻探功课。“挑战万米级水深地质钻探取样，是咱们团队接下来的方针。”万步炎说。
《 人平易近日报 》（ 2021年05月17日 19 版）