“海牛Ⅱ號”深海可燃冰開采的智能先鋒

可燃冰猶如大海蘊(yùn)藏的神秘寶藏，是天然氣與水在高壓低溫的“魔法環(huán)境”中形成的類冰籠型結(jié)晶化合物。由我國科研團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的“海底尋寶專家”——“海牛Ⅱ號”，在南海 2000多米深的海底成功下鉆231米，將可燃冰樣品穩(wěn)定采集上岸！

“海底大力士”

“海牛Ⅱ號”的正式名稱是“海底大孔深保壓取芯鉆機(jī)系統(tǒng)”，但“海底大力士”的稱號更貼合其特質(zhì)。作為我國水下重量首屈一指的地質(zhì)勘探裝備，它的鉆機(jī)本體高達(dá)7.6米（相當(dāng)于兩層小洋樓），占地面積約80平方米，水中重量達(dá)10噸，比一頭成年非洲象還要重！

被稱作“未來能源”的可燃冰， 99% 蘊(yùn)藏于海洋底部，僅少量分布在陸域永久凍土區(qū)（如我國青藏高原）。這些可燃冰多位于海底300米以下的沉積地層中，若開采不當(dāng)，會(huì)釋放大量甲烷氣體，引發(fā)海底滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

20世紀(jì)80年代興起的海底鉆探技術(shù)，如同為海底派遣了專屬礦工。相較于傳統(tǒng)鉆探船，海底鉆機(jī)受海面風(fēng)浪的影響更小，作業(yè)效率更高：鉆200米深的孔，海底鉆機(jī)僅需30小時(shí)左右，成本僅為傳統(tǒng)方式的1/10至 1/20 已成為海洋鉆探的主流方向。“海牛ⅡI號”正是我國深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備專項(xiàng)支持的重點(diǎn)項(xiàng)目。

“海牛Ⅱ號”工作原理示意圖

然而海底鉆探難度極大：可燃冰所在的海底地層多為松散泥沙與粉砂混合地層，軟硬不均。2013年和2017年，日本兩次可燃冰開采嘗試均因泥沙問題失敗。我國“海牛ⅡI號”如何突破困境？

取芯高手

可燃冰賦存的地層堪稱“泥沙大本營”，夾雜少量硬質(zhì)巖，鉆探時(shí)孔壁極易垮塌，鉆桿也常因淤泥出現(xiàn)“淤鉆”現(xiàn)象。加之可燃冰結(jié)構(gòu)松散，開采難度極高。

我國科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)的定量抽吸、純壓入鉆進(jìn)法，成為破解難題的“黑科技”：環(huán)形鉆頭如同巖石切割機(jī)，而面對淤泥等松軟物質(zhì)時(shí)，該技術(shù)通過精準(zhǔn)控制吸力（原理類似注射器），將巖芯“吸入”取芯管。

“海牛Ⅱ號”海底鉆機(jī)下水這一技術(shù)使“海牛Ⅱ號”的取芯率達(dá)到 90% （遠(yuǎn)超國際同類設(shè)備 60%～70% 的取芯率）！

可燃冰對環(huán)境極為敏感，離開深海高壓、低溫環(huán)境會(huì)迅速分解為甲烷和水，阻礙商業(yè)開采。“海牛ⅡI號”憑借其最大下鉆深度234米的鉆深能力，實(shí)現(xiàn)全孔全程保壓取芯——這是全球唯一能從海底至最大孔深全程保壓的技術(shù)，可精準(zhǔn)獲取地質(zhì)數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)超其他國家同類技術(shù)僅能在目標(biāo)層1/3孔深保壓的水平。

海底精靈

“海牛ⅡI號”不僅硬件強(qiáng)大，更是高度智能化：這個(gè)體積堪比一套普通住房、重量超過成年非洲象的鉆機(jī)系統(tǒng)，僅需1人便可在海面操控。

其作業(yè)過程精妙有序，78根3米長的鉆桿如左輪手槍子彈排列在圓盤上，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械手精準(zhǔn)取

可燃冰礦石

桿送入鉆機(jī)；上百個(gè)傳感器如同“耳目”，實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)并自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，實(shí)現(xiàn)“一鍵操控”的高效作業(yè)。

在鉆孔取芯時(shí)“海牛ⅡI號”還能同步探測巖石電阻率、孔隙率，以及進(jìn)行孔內(nèi)成像：

電阻率與孔隙率探測可識別儲(chǔ)層位置、評估儲(chǔ)集性能；孔內(nèi)成像則用于觀察巖石結(jié)構(gòu)，為地質(zhì)分析提供依據(jù)。

未來，“海牛ⅡI號”及其系列裝備將在大洋科學(xué)鉆探、海上地質(zhì)勘察、深海稀土勘探等領(lǐng)域大顯身手，持續(xù)向更深更廣的海底進(jìn)發(fā)，揭開更多海洋奧秘！