“我們的‘海牛’預(yù)計5月初在青島黃海和南海試水。海試一旦成功，我國在此項技術(shù)上將超越俄日等國，與美德澳三國并駕齊驅(qū)。”4月20日，湖南科技大學(xué)海洋礦產(chǎn)資源探采裝備與技術(shù)湖南省工程實驗室主任萬步炎興奮地說。
萬步炎說的“海牛”，是我國863計劃海洋技術(shù)領(lǐng)域主題項目“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”中，由湖南科技大學(xué)擔(dān)任主持單位，并獨(dú)立自主研制的“海底60米多用途鉆機(jī)”。今年1月中旬，項目的海上試驗大綱已通過專家組評審。湖南科技大學(xué)、中科院海洋研究所、廣州海洋地質(zhì)調(diào)研局有關(guān)研究人員，正在積極進(jìn)行海試準(zhǔn)備。
萬步炎是我國第一臺深海淺地層巖心取樣鉆機(jī)的發(fā)明人，2003年，鉆探深度只有0.7米，但那是中國人深海鉆探邁出的第一步;2007年，他和他的團(tuán)隊研制出2米深海鉆機(jī);2010年，研制出20米深海鉆機(jī);到2014年，我國的多條海洋科考船都配備了萬步炎團(tuán)隊所發(fā)明的專利設(shè)備，并利用它在各大海洋鉆了1000多個勘探孔，成為全球深海鉆機(jī)海上應(yīng)用之最。
現(xiàn)在，萬步炎團(tuán)隊再次研發(fā)出達(dá)世界先進(jìn)水平的60米海底深孔巖心鉆機(jī)，即將進(jìn)入海試。
鉆探是礦產(chǎn)資源勘探的最后一步，也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過鉆探取樣分析，可以確定礦藏儲量、品位和埋藏形態(tài)，為日后開采勾勒出一幅“藏寶圖”。萬步炎團(tuán)隊承擔(dān)的“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”，就是要研制成功可搭載于普通科考船，在3000米海水深處往地底下“鉆”60米的鉆機(jī)。
在深海鉆機(jī)研制領(lǐng)域，50米是道坎兒。哪個國家擁有超過50米的深海鉆孔深度的裝備，就擁有了國際先進(jìn)的深海鉆探能力，能勘探到更大埋深的海底礦產(chǎn)資源。更關(guān)鍵的是，根據(jù)聯(lián)合國規(guī)定，公海礦產(chǎn)資源，遵循誰有能力先勘探，誰就具有優(yōu)先開發(fā)權(quán)的規(guī)則。換言之，一旦“海牛”海試成功，我國搶占公海礦產(chǎn)資源開發(fā)權(quán)上，就多了一分技術(shù)優(yōu)勢。
鉆探深度從20米到60米，看起來只有短短的40米，但這不是普通的40米，而是在海水深度3000米以下的40米。萬步炎表示，鉆探深度的增加，就必然會帶來鉆機(jī)裝備重量的增加，對一艘普通科考船來說，海上作業(yè)難度隨之增加。如何在設(shè)計上進(jìn)行“輕量化”處理很關(guān)鍵。
無論是相較其他三個國家研制出的50米以深深海鉆機(jī)，還是相較自己研制并在我國已投入使用的20米深海鉆機(jī)，“海牛”都是有幾個“牛”點(diǎn)的：
“操控”牛。萬步炎團(tuán)隊在裝備的操作軟件上，花了很大的功夫。現(xiàn)在，“海牛”整機(jī)自動控制水平較高，基本上可以做到傻瓜式操作。這樣一來，對操作工人的技能培訓(xùn)要求就很低了。
“體重”牛。整機(jī)的重量僅為8.3噸，而國外超過50米深度的鉆機(jī)，重量都在10噸以上，而節(jié)省的重量意味著“海牛”具備更大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
“功能”牛。“海牛”不僅可以用來鉆孔取芯，即鉆取巖心送到實驗室檢測，還可以原位探測巖石的電阻率、孔隙率，以及給孔內(nèi)周邊巖石拍照等。原位探測，其結(jié)果較取芯送實驗室測試更為準(zhǔn)確。“海牛”不僅可鉆硬巖還可以用來鉆取稀軟的海底沉積物。
“效率”牛。萬步炎感到最為自豪的，是團(tuán)隊完全自主研發(fā)的“繩索取芯”關(guān)鍵技術(shù)。同樣打60米孔，以前需要4—5天時間，現(xiàn)在可縮短為20多小時，大大提高了作業(yè)效率。
“價格”牛。一旦“海牛”海試通過，這樣的國產(chǎn)化裝備，價格就可以比進(jìn)口設(shè)備降低一半至2/3。
在800米到2000多米深度的海底層，它的深度壓力，最適合天然氣水合物形成與水的結(jié)合體——海洋礦產(chǎn)資源開采熱點(diǎn)物質(zhì)“可燃冰”。
不難想象，特殊的海水深度與壓力，讓可燃冰有了“冰”的狀態(tài)。可燃冰一旦離開了這個海水深度，就會變成氣體而不以“冰”態(tài)存在了。因此普通的深海鉆機(jī)是無法取樣這樣的物質(zhì)的。唯一的辦法，就是保持同等壓力的狀態(tài)下，將可燃冰取出。這就需要“保壓取芯勘探系統(tǒng)”的研制。
這種裝備的研制，正是萬步炎想要做的一個突破性工作。3月，他計劃申請的“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃優(yōu)先啟動的重點(diǎn)研發(fā)任務(wù)“保壓取芯勘探系統(tǒng)研制與應(yīng)用示范”，通過了湖南科技大學(xué)的專家組論證。萬步炎團(tuán)隊擬研制具保壓取芯能力的海底鉆機(jī)系統(tǒng)，預(yù)計最大鉆進(jìn)深度能力將達(dá)到220米，可充分滿足可燃冰勘探需求。
萬步炎介紹，迄今為止，世界上最先進(jìn)的海底鉆機(jī)的最大鉆孔深度能力僅為200米，而海底鉆機(jī)的保壓取芯能力在世界范圍內(nèi)也沒有完全成功。如果能夠研制成功，將這種海底保壓鉆機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于我國南海或東海可燃冰取樣，無疑是我國可燃冰勘探的巨大成就與進(jìn)展，將有力推動我國可燃冰勘探事業(yè)與技術(shù)發(fā)展。
“我們至少需要兩個突破，一個是從60米到220米的鉆孔深度的突破，一個是海底保壓取芯技術(shù)的突破。”萬步炎微笑背后，透著滿滿的自信。