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“0”到“1”的坚守与突破

“0”到“1”的坚守与突破
2024年10月16日 07:03 吉林日报·彩练新闻

  几经约请,记者终于采访到吉林大学仿生钻探科技创新课题组。

  这段时间,课题组成员、吉大建设工程学院勘察工程系副主任赵研教授实在太忙了,科研、教学、学术交流、野外试验……每天都排得满满当当。

  提起吉林大学仿生钻探科技创新课题组,可能多数人较为陌生,但提起“地壳一号”万米钻机,很多人便会肃然起敬。他们都是该团队的一员,参与研发了我国首台科学钻探专用装备“地壳一号”,使我国成为世界第三个具备万米大陆科学钻探能力的国家,并在“松科2井”负责钻机关键技术的应用和设备的运维,参与创造了钻井深度7018米的亚洲国家大陆科学钻探新纪录。

  成绩面前,仿生钻探科技创新课题组却并未止步,他们迎难而上,正全力攻坚仿生自平衡钻进技术,力争填补国际上在该领域的空白。

  “传统的钻探装备随着钻井深度的增加,面临着传压传扭效率低、能量消耗高、钻头对岩心和孔壁扰动大等瓶颈问题,导致入地深度受限。”一见面,赵研便开门见山。谈起本专业,他滔滔不绝:“地球的半径是6371千米,而我们人类入地的极限仅有12.26千米,如果把地球比喻成一个鸡蛋的话,我们目前连‘鸡蛋壳’还没有打破,亟需研发颠覆性的钻探技术与装备。”

  如何才能突破现有技术壁垒,研发出颠覆性的钻探技术和装备?课题组做了很多研究,他们发现,自然界中的蚂蚁和鼹鼠等动物掘洞能力要比体型庞大的北极熊厉害,也就是说动物们掘洞深度与生物个体的体积、质量和力量之间并没有必然的联系,掘洞效率、能耗和深度主要取决于生存需求。于是,他们决定向自然界的生物学习,师法自然。

  从2020年起,在中国科学院院士任露泉和中国工程院院士孙友宏的指导下,吉林大学建设工程学院石油工程系主任高科教授便带领着赵研,潜心开展仿生自平衡技术与装备的研究。也正是从那时起,他们以实验室为家,开启了“5+2”和“白+黑”的工作模式。

  “开始时,资金比较匮乏,而这项技术又比较‘烧钱’,仅一台电机就要几十万元。” 提起技术研发的初始阶段,赵研有些感慨。他告诉记者,在资金最困难的时候,高科教授甚至想把家里的房子都卖了,“我们对物质没什么需求,高教授衬衫领子都洗坏了也舍不得买件新的,就想把资金都用在刀刃上,趁着现在还有精力和能力,认认真真为国家做点儿事。”

  可喜的是,他们的项目在吉林大学“科技成果概念验证项目”评比中获得了100万元的经费资助。

  依靠这笔资金,高科和赵研又开始了没日没夜的设计、计算和试验。2022年冬天,仿生自平衡钻进系统设计在实验室全部完成,进入样机生产环节。

  在生产过程中,由于多数部件都属于非标件,工人对该系统不熟悉,加工进展十分缓慢,装配精度也难以得到保障。为确保质量,高科和赵研每天披星戴月往返于离市区60公里外的工厂,过年期间也仅休息了4天。因工厂条件艰苦,两人的手经常被冻得发紫,不听使唤,手上大大小小的擦伤不断。但他们却从未气馁,一直坚持到每个零部件都符合技术要求。

  “我们的研究是从‘0’到‘1’,没有成功的案例可供借鉴,要付出更多努力。”赵研坦言,在吉林大学工作,黄大年“心有大我、至诚报国”的爱国情怀让他们深受感染,在有生之年让我国钻探技术再进步一点、入地再深一点,是他们追求的目标。

  苦心人,天不负。2023年底,仿生自平衡钻进系统功能样机研发成功,并且该样机的“缆管地面仿生存储系统”等3项专利技术与企业进行了专利权转让,转让经费260万元。为推动相关研究快速前行,课题组毫不犹豫地将这笔经费全部投入到后续研发之中。

  山高路远,但见风光无限;跋山涉水,不改一往无前。

  通过双钻头自平衡钻进系统室内试验,与传统单钻头钻进系统相比,机械钻速提高14.8%,碎岩机械比能降低55.7%,能量消耗降低约80%,起下钻时间减少约75%,对岩心和孔壁损伤分别降低24.7%和33.3%……如今,样机的实验结果让人欣喜,离付诸实践只差一步之遥。

  采访接近尾声,赵研向记者表示,他们会继续努力,争取早日将这项技术应用到工程实际,实现能耗低、钻速快、质量高的“绿色”钻探目标。

  来源:吉林日报·彩练新闻

  作者:吉林日报记者 毕雪

吉林大学

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