日前,我國“深地川科1井”鉆探深度突破萬米,相當(dāng)于向下鉆透了整座珠穆朗瑪峰。鉆頭首次觸及5.4億年前的“震旦系地層”。
項目的井下動力鉆具的關(guān)鍵部件使用了高性能金屬陶瓷復(fù)合材料。這一材料由中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究團隊深鉆金屬陶瓷復(fù)合材料智能設(shè)計平臺研制而成。
01
“蒙眼走刀尖”
“深地川科1井”超級鉆探工程正在向著地球深部極限發(fā)起挑戰(zhàn)。
地下萬米深度鉆探絕非易事,科學(xué)家將其比作“在黑暗中解剖地球”。地表至7000米深度尚有數(shù)據(jù)參考,但7000米以下完全進入“地質(zhì)盲區(qū)”——缺乏地質(zhì)圖,巖石硬度和結(jié)構(gòu)也未知,鉆探如同“蒙眼走刀尖”。
更嚴(yán)峻的考驗來自地下7000米的極端環(huán)境:200℃高溫如同滾燙油鍋;130MPa堪比1000頭成年大象站在一臺標(biāo)準(zhǔn)雙門冰箱上的壓強。
在這“高溫高壓煉獄”中,常規(guī)鉆探機具的鋼材和橡膠變得像面條一樣柔軟,無法完成鉆探任務(wù)。
面對如此極端環(huán)境,研究團隊亮出“黑科技”——新型金屬陶瓷復(fù)合材料。這類材料融合金屬的韌性與陶瓷的硬度,成為對抗極端環(huán)境中的高溫、磨損與腐蝕的“利器”。
02
用AI打造“金鐘罩”
新型金屬陶瓷復(fù)合材料研發(fā)之初,團隊借助通用大模型學(xué)習(xí)材料學(xué)、物理和化學(xué)的基礎(chǔ)知識,并注入團隊在金屬陶瓷領(lǐng)域積累的實驗數(shù)據(jù)與工藝參數(shù),對AI進行“深度訓(xùn)練”,培育出“聰明”且具有持續(xù)學(xué)習(xí)能力的材料研發(fā)“AI大腦”——智能設(shè)計平臺與無人化制備系統(tǒng)。
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▲材料智能設(shè)計平臺
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▲無人化材料制備系統(tǒng)
系統(tǒng)具備高效篩選上千種材料配方、準(zhǔn)確預(yù)測特定配方性能、自動調(diào)整金屬和陶瓷比例優(yōu)化配方、3D可視化展示材料特性等四個核心功能。
依托系統(tǒng),團隊研制出的新型多元金屬陶瓷復(fù)合材料,其力學(xué)、摩擦學(xué)等關(guān)鍵性能指標(biāo)較現(xiàn)役材料提升了15%至30%,并應(yīng)用于鉆具軸承、萬向軸等關(guān)鍵承載部件的表面強化,恰似給井下動力鉆具披上了“金鐘罩”。
同時,研究團隊與相關(guān)企業(yè)開展了深度合作,研發(fā)出系列耐高溫螺桿鉆具產(chǎn)品,并在深地川科1井7500米至10000米井深段全面實現(xiàn)國產(chǎn)化,為萬米深井重大鉆探工程的推進提供了支撐,形成了一套深地能源開發(fā)的中國方案。
來源:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
責(zé)任編輯:侯茜
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