海牛号 研制背景 研究单位 深海的钻机

研制背景

为推动中国深海运载技术发展，为中国大洋国际海底资源调查和科学研究提供重要高技术装备，同时为中国深海勘探、海底作业研发共性技术，在国家海洋局组织安排下，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具体负责“海牛号”深海钻机项目的组织实施，并会同中国科学院海洋研究所、广州海洋地质调研局联合攻关，攻克了中国在深海技术领域的一系列技术难关，于2015年6月在南海完成深海试验，成功实现了在水深3109米的深海海底，对海床进行60米钻探。我国也成为世界上第四个掌握这一技术的国家，并标志着中国深海钻机技术从此跻身世界一流。  

研究单位

“海牛号”的研发主持单位为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。

钻机用途

“海牛”与国外同类钻机相比，具备多重优势。“瘦身”近4吨，重量仅为8.3吨，安装、操控更方便；“海牛”还实现了可视化自动操控，可在几千米海底下遥控作业。  

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”。万步炎团队承担的“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。

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。换言之，一旦“海牛”海试成功，我国抢占公海矿产资源开发权上，就多了一分技术优势。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。万步炎告诉记者，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。

钻机特点

无论是相较其他三个国家（美国、德国、澳大利亚）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。“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，可缩短为20多小时，大大提高了作业效率。

“价格”牛。“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。2015年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   。

海牛Ⅱ号

海牛Ⅱ号，是中国首台海底大孔深保压取芯钻机系统。是中国重点研发计划“深海关键技术与装备专项”课题，目标是研制作业水深不小于2000米，钻探深度不小于200米，保压成功率不小于60%，可有效满足我国海底天然气水合物（可燃冰）资源勘探的海底大孔深保压取芯钻机系统。“海牛Ⅱ号”钻机本体高7.6米，腰围10米，体重12吨，水下重量10吨，是我国水下重量最重的地质勘探科考设备。它看似庞然大物，到了海底“海牛Ⅱ号”就像一条泥鳅一样灵活。

“海牛Ⅱ号”搭载在海洋地质二号科考船，从广州港口出发，于2021年4月3日抵达目标工区并开展深海作业联调联试。海试作业于北京时间2021年4月7日上午6时左右进行，8时30分，“海牛Ⅱ号”成功坐底在水深2060米的海底，在海底完成姿态调平后，进行了约15个小时的目标层保压取芯钻探作业。

2021年4月7日23时左右，“海牛Ⅱ号”海底大孔深保压取芯钻机系统，在南海超2000米深水成功下钻231米，刷新世界深海海底钻机钻探深度。这一深海试验的成功，填补了我国海底钻探深度大于100米，具备保压取芯功能的深海海底钻机装备的空白，标志着我国在这一技术领域已达到世界领先水平。