海牛號:研製背景,研究單位,鑽機用途,鑽機特點,海牛Ⅱ號,

“海牛”是我國首台重型裝備“海底60米多用途鑽機”，是863計畫海洋技術領域主題項目，由湖南科技大學擔綱主持，首席科學家為該校萬步炎教授。

“海牛號”海底60米多用途鑽機系統研製為國家高技術研究發展計畫（863計畫）重大專項，並完全是由中國自主研發的。於2015年6月在南海完成深海試驗，成功實現了在水深3109米的深海海底，對海床進行60米鑽探。我國也成為世界上第四個掌握這一技術的國家，並標誌著中國深海鑽機技術從此躋身世界一流。

2015年6月，“海牛號”赴南海，進行海底3109米海試，刷新中國深海鑽機鑽探深度。

2016年6月，“海牛號”海底60米多用途鑽亮相國家“十二五”科技創新成就展。

2021年4月7日，中國首台“海牛Ⅱ號”海底大孔深保壓取芯鑽機系統，在南海超2000米深水成功下鑽231米，刷新世界深海海底鑽機鑽探深度。

基本介紹

中文名：海牛號
外文名：RV Sirenian
屬性：深海鑽機
項目屬性：國家高技術研究發展計畫
主持單位：湖南科技大學
代表地位：中國深海鑽機技術躋身世界一流

研製背景,研究單位,鑽機用途,鑽機特點,海牛Ⅱ號,

研製背景

為推動中國深海運載技術發展，為中國大洋國際海底資源調查和科學研究提供重要高技術裝備，同時為中國深海勘探、海底作業研發共性技術，在國家海洋局組織安排下，湖南科技大學海洋礦產資源探采裝備與技術湖南省工程實驗室具體負責“海牛號”深海鑽機項目的組織實施，並會同中國科學院海洋研究所、廣州海洋地質調研局聯合攻關，攻克了中國在深海技術領域的一系列技術難關，於2015年6月在南海完成深海試驗，成功實現了在水深3109米的深海海底，對海床進行60米鑽探。我國也成為世界上第四個掌握這一技術的國家，並標誌著中國深海鑽機技術從此躋身世界一流。

研究單位

海牛號

“海牛號”的研發主持單位為湖南科技大學海洋礦產資源探采裝備與技術湖南省工程實驗室。

鑽機用途

“海牛”與國外同類鑽機相比，具備多重優勢。“瘦身”近4噸，重量僅為8.3噸，安裝、操控更方便；“海牛”還實現了可視化自動操控，可在幾千米海底下遙控作業。

鑽探是礦產資源勘探的最後一步，也是關鍵環節。通過鑽探取樣分析，可以確定礦藏儲量、品位和埋藏形態，為日後開採勾勒出一幅“藏寶圖”。萬步炎團隊承擔的“海底60米多用途鑽機系統技術開發與套用研究”，就是要研製成功可搭載於普通科考船，在3000米海水深處往地底下“鑽”60米的鑽機。

在深海鑽機研製領域，50米是道坎兒。哪個國家擁有超過50米的深海鑽孔深度的裝備，就擁有了國際先進的深海鑽探能力，能勘探到更大埋深的海底礦產資源。更關鍵的是，根據聯合國規定，公海礦產資源，遵循誰有能力先勘探，誰就具有優先開發權的規則。換言之，一旦“海牛”海試成功，我國搶占公海礦產資源開發權上，就多了一分技術優勢。鑽探深度從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。萬步炎告訴記者，鑽探深度的增加，就必然會帶來鑽機裝備重量的增加，對一艘普通科考船來說，海上作業難度隨之增加。如何在設計上進行“輕量化”處理很關鍵。

鑽機特點

無論是相較其他三個國家（美國、德國、澳大利亞）研製出的50米以深深海鑽機，還是相較自己研製並在我國已投入使用的20米深海鑽機，“海牛”都是有幾個“牛”點的：

“操控”牛。萬步炎團隊在裝備的操作軟體上，花了很大的功夫。“海牛”整機自動控制水平較高，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要求就很低了。

“體重”牛。整機的重量僅為8.3噸，而國外超過50米深度的鑽機，重量都在10噸以上，而節省的重量意味著“海牛”具備更大的發展潛力。

海牛號

“功能”牛。“海牛”不僅可以用來鑽孔取芯，即鑽取岩心送到實驗室檢測，還可以原位探測岩石的電阻率、孔隙率，以及給孔內周邊岩石拍照等。原位探測，其結果較取芯送實驗室測試更為準確。“海牛”不僅可鑽硬岩還可以用來鑽取稀軟的海底沉積物。

“效率”牛。萬步炎感到最為自豪的，是團隊完全自主研發的“繩索取芯”關鍵技術。同樣打60米孔，以前需要4—5天時間，可縮短為20多小時，大大提高了作業效率。

“價格”牛。“海牛”海試通過，這樣的國產化裝備，價格就可以比進口設備降低一半至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合體——海洋礦產資源開採熱點物質“可燃冰”。

不難想像，特殊的海水深度與壓力，讓可燃冰有了“冰”的狀態。可燃冰一旦離開了這個海水深度，就會變成氣體而不以“冰”態存在了。因此普通的深海鑽機是無法取樣這樣的物質的。唯一的辦法，就是保持同等壓力的狀態下，將可燃冰取出。這就需要“保壓取芯勘探系統”的研製。

這種裝備的研製，正是萬步炎想要做的一個突破性工作。2015年3月，他計畫申請的“十三五”國家重點研發計畫優先啟動的重點研發任務“保壓取芯勘探系統研製與套用示範”，通過了湖南科技大學的專家組論證。萬步炎團隊擬研製具保壓取芯能力的海底鑽機系統，預計最大鑽進深度能力將達到220米，可充分滿足可燃冰勘探需求。

萬步炎介紹，迄今為止，世界上最先進的海底鑽機的最大鑽孔深度能力僅為200米，而海底鑽機的保壓取芯能力在世界範圍內也沒有完全成功。如果能夠研製成功，將這種海底保壓鑽機系統套用於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展，將有力推動我國可燃冰勘探事業與技術發展。

“我們至少需要兩個突破，一個是從60米到220米的鑽孔深度的突破，一個是海底保壓取芯技術的突破。”萬步炎說。

海牛Ⅱ號

海牛Ⅱ號，是中國首台海底大孔深保壓取芯鑽機系統。是中國重點研發計畫“深海關鍵技術與裝備專項”課題，目標是研製作業水深不小於2000米，鑽探深度不小於200米，保壓成功率不小於60%，可有效滿足我國海底天然氣水合物（可燃冰）資源勘探的海底大孔深保壓取芯鑽機系統。“海牛Ⅱ號”鑽機本體高7.6米，腰圍10米，體重12噸，水下重量10噸，是我國水下重量最重的地質勘探科考設備。它看似龐然大物，到了海底“海牛Ⅱ號”就像一條泥鰍一樣靈活。

“海牛Ⅱ號”搭載在海洋地質二號科考船，從廣州港口出發，於2021年4月3日抵達目標工區並開展深海作業聯調聯試。海試作業於台北時間2021年4月7日上午6時左右進行，8時30分，“海牛Ⅱ號”成功坐底在水深2060米的海底，在海底完成姿態調平後，進行了約15個小時的目標層保壓取芯鑽探作業。

海牛號