“向地球深部進軍”是新時期地質(zhì)科技創(chuàng)新的重要戰(zhàn)場。作為我國第一家探礦工程應(yīng)用技術(shù)研究所，自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局勘探技術(shù)研究所是目前我國從事探礦工程和巖土鉆掘應(yīng)用技術(shù)研究規(guī)模最大、綜合實力最強的研究所。他們緊密圍繞國家重大需求，集中力量攻關(guān)地球深部探測技術(shù)裝備難題，交出了一份份令人滿意的答卷。
值此辭舊迎新之際，讓我們一起回顧勘探技術(shù)研究所近年來取得的優(yōu)秀成果，了解深地探測技術(shù)裝備發(fā)展之路。
復(fù)雜地層取心技術(shù)在多金屬礦區(qū)應(yīng)用取得突出效果
依托國家重點研發(fā)計劃——戰(zhàn)略性國際科技創(chuàng)新合作重點專項“多金屬礦巖心鉆探關(guān)鍵技術(shù)裝備聯(lián)合研發(fā)及示范”項目，勘探技術(shù)所開展了復(fù)雜地層取心鉆具研制，針對松、散、軟及嚴重破碎地層，研發(fā)了繩索強制取心鉆具，通過泵量變化完成割心，操作簡便，輔助時間短，配合隔液底噴鉆頭，可有效解決松散、破碎地層易出現(xiàn)的巖心脫落、沖蝕問題，保證巖心采取質(zhì)量;同時，研制了低摩阻巖心管，對其內(nèi)壁進行硬化及光滑處理，對于復(fù)雜地層易出現(xiàn)的巖心卡堵、回次進尺短等技術(shù)難題，起到了緩解作用，地表退心方便快捷。
該所研制的鉆具在山東省平度市山旺-上馬臺多金屬礦區(qū)開展了示范應(yīng)用，有效保證了上述復(fù)雜地層巖心采取質(zhì)量，平均巖心采取率達到98%以上。
5000米智能地質(zhì)鉆探技術(shù)裝備研發(fā)及應(yīng)用示范
2019年3月9日，D13地?zé)崽讲删┕ぴ诒６ㄊ腥莩强h大河鎮(zhèn)南文營南收官，完成鉆深2506.14m。此次施工采用了勘探技術(shù)研究所牽頭實施的國家“十二五”863課題“4000m地質(zhì)巖心鉆探成套技術(shù)裝備”成果——交流變頻電驅(qū)動4000m鉆機(XD-40型)，在成功助力雄安新區(qū)地?zé)豳Y源調(diào)查的同時，為該所牽頭“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目“5000米智能地質(zhì)鉆探技術(shù)裝備研發(fā)及應(yīng)用示范”的立項與研究打下了堅實技術(shù)基礎(chǔ)。
一年多來，該項目在頂層設(shè)計方面形成10項主要共識，確定了5000m的鉆孔結(jié)構(gòu)、套管程序，對鉆孔環(huán)空水力學(xué)、鉆桿強度、鉆孔穩(wěn)定等進行了分析，制定了5000m鉆機的主要技術(shù)參數(shù)、總體技術(shù)方案、整機布局及傳動設(shè)計。技術(shù)人員通過設(shè)計數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)、狀態(tài)識別與監(jiān)測系統(tǒng)、智能控制集成系統(tǒng)和垂鉆系統(tǒng)，實現(xiàn)鉆機的數(shù)字化、信息化、智能化，形成新方法8種，建立新平臺/新裝置8套，形成新軟件系統(tǒng)3套;完成3種規(guī)格鉆桿以及小口徑高效系列鉆具的圖紙設(shè)計、模型仿真、材料選型;創(chuàng)新開展沖洗液護壁技術(shù)、凝膠與納米水泥復(fù)合堵漏技術(shù)以及生物破膠等廢棄沖洗液無害化處理技術(shù)研究，初步優(yōu)選出高溫環(huán)保沖洗液配方、凝膠配方、納米復(fù)合水泥基漿液配方。
項目最終目標是形成一套以繩索取心工藝為主體，兼具自動化、智能化的5000m地質(zhì)特深孔巖心鉆探技術(shù)與裝備體系，為我國深部資源能源勘探開發(fā)奠定堅實的先進高效地質(zhì)勘探裝備和技術(shù)基礎(chǔ)。
天津東麗湖深部地?zé)峥碧絼?chuàng)多項鉆探紀錄
2017以來，中國地質(zhì)調(diào)查局在天津東麗湖地區(qū)部署了兩眼采灌地?zé)釁?shù)井CGSD-01井和CGSD-02井，井深均超過4000m，鉆入主力開采層以下的“霧迷山組二段”深部熱儲空間，均發(fā)現(xiàn)了高產(chǎn)能新儲層，地?zé)徙@探創(chuàng)天津地區(qū)地?zé)峋亩囗椼@探紀錄。
CGSD-01井終孔深度4051.68m，終孔口徑216mm，最大井斜6.87°，井底溫度105℃;覆蓋層以下定深取心140.78m，巖心采取率85.4%;在3715m深度的霧迷山組二段進行酸化增產(chǎn)和抽水試驗，井口出水溫度100℃，單井涌水量達3120立方米/天，開創(chuàng)了天津地區(qū)霧迷山組二段抽水試驗的優(yōu)質(zhì)范例。該井創(chuàng)造了天津地區(qū)2018年地?zé)峋@探的最深記錄;創(chuàng)造了地?zé)峋F迷山組獲取巖心最多的記錄;創(chuàng)造了在霧迷山組地層中鉆探取心最長記錄。CGSD-02井一期終孔深度3530.60m，二期加深至4103.48m，2019年刷新了CGSD-01井的深度記錄。
兩眼地?zé)釁?shù)井的成功實施證實了天津地區(qū)主力開采層下存在高產(chǎn)能“第二空間”新儲層，為后期建立華北地?zé)峥蒲袆?chuàng)新基地和采灌對井試驗研究奠定了基礎(chǔ)。
創(chuàng)新平臺建設(shè)結(jié)碩果
1.獲批“河北省大口徑巖土鉆掘技術(shù)創(chuàng)新中心”，標志著勘探技術(shù)所巖土鉆掘技術(shù)正式納入省級建設(shè)序列。
2019年8月15日，河北省科學(xué)技術(shù)廳發(fā)布《關(guān)于2019年擬新建省級研發(fā)平臺的公示》，勘探技術(shù)所與所屬聚力公司聯(lián)合共建的“河北省大口徑巖土鉆掘技術(shù)創(chuàng)新中心”通過論證并完成公示。
該中心是開展共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、技術(shù)集成、科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)創(chuàng)新人才聚集培養(yǎng)、面向社會開放的技術(shù)創(chuàng)新平臺，擬研究和解決的共性關(guān)鍵技術(shù)包括大口徑無循環(huán)入巖技術(shù)、大口徑無循環(huán)全套管施工技術(shù)、大口徑無循環(huán)擴底技術(shù)，旨在構(gòu)建河北省大口徑巖土鉆掘工程技術(shù)產(chǎn)學(xué)研平臺，優(yōu)化行業(yè)研究資源，改善大口徑巖土鉆掘工程技術(shù)研究條件，擴大與同行間的交流合作，提升河北省地質(zhì)調(diào)查行業(yè)巖土鉆掘工程技術(shù)整體水平。
2.“中國地質(zhì)調(diào)查局深部地質(zhì)鉆探技術(shù)研究中心”通過周期評估。
11月24日，“中國地質(zhì)調(diào)查局深部地質(zhì)鉆探技術(shù)研究中心”通過了中國地質(zhì)調(diào)查局組織的評估。
該中心以深部資源能源勘查和科學(xué)研究需求為導(dǎo)向，重點開展鉆探工藝器具、技術(shù)、設(shè)備等的系統(tǒng)研究，加快新技術(shù)、新方法、新工藝、新設(shè)備的應(yīng)用與示范，促進我國地質(zhì)鉆探技術(shù)水平迅速提升。
2016年以來，發(fā)表論文73篇;獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)專利39項，其中，發(fā)明專利9項、實用新型專利30項;獲得國土資源科學(xué)技術(shù)獎一等獎1項、二等獎3項。同時，舉辦學(xué)術(shù)交流會、鉆探新技術(shù)培訓(xùn)班、學(xué)術(shù)論壇等10余次。
科學(xué)普及方面，《中國礦業(yè)報》以通欄專版形式介紹鉆探技術(shù)與裝備;通過多種形式大力宣傳松科二井的豐碩成果，圍繞科研項目撰寫科普論文。松科二井成果參加了慶祝中華人民共和國成立70周年大型成就展、科技成就科普展，2019年全國大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新活動周主題展示活動，第二屆中國(黃石)地礦科普大會等。
3.牽頭申報“中國地質(zhì)調(diào)查局定向鉆井技術(shù)創(chuàng)新中心”，已通過局黨組會審議。
定向鉆井技術(shù)是支撐海域天然氣水合物、干熱巖、深層地?zé)?、頁巖油氣、水溶性固體礦產(chǎn)等高效低成本綠色開發(fā)利用和川藏鐵路等國家重大工程建設(shè)的核心關(guān)鍵技術(shù)。為貫徹落實黨中央國務(wù)院關(guān)于提高能源資源安全保障、精心服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)等重要指示精神，迫切需要攻克定向鉆井技術(shù)與裝備及其工程應(yīng)用中的重大技術(shù)瓶頸問題，打破國外技術(shù)壟斷，實現(xiàn)“產(chǎn)、學(xué)、研、用”一體化創(chuàng)新，精準對接國家重大需求。根據(jù)國家、部、局一系列文件要求，勘探技術(shù)研究所和廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局聯(lián)合提出“中國地質(zhì)調(diào)查局定向鉆井技術(shù)創(chuàng)新中心”建設(shè)方案。
4.參與申報“國家關(guān)鍵礦產(chǎn)綠色勘查開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新中心”“地球深部熱能國家工程研究中心”“天然氣水合物勘查開發(fā)技術(shù)裝備研發(fā)中心”等。
新型無隔水管泥漿閉路循環(huán)系統(tǒng)
海洋鉆探是獲取海底地層信息最直觀的方法，也是海洋資源勘查最主要的手段之一。目前，海洋鉆探泥漿循環(huán)方式常使用隔水管循環(huán)或不循環(huán)直接排海，前者鉆探成本高，后者對海洋環(huán)保不利。
勘探技術(shù)研究所開展的“新型無隔水管泥漿閉路循環(huán)系統(tǒng)”海洋低成本環(huán)保鉆探關(guān)鍵技術(shù)研究，其基本原理是下入單獨的泥漿舉升管線接入到水下井口，形成泥漿循環(huán)返回通道，利用海底舉升泵和氣舉模塊聯(lián)合舉升將泥漿從海底泵送到鉆井平臺，從而實現(xiàn)泥漿閉路循環(huán)。根據(jù)無隔水管泥漿閉路循環(huán)系統(tǒng)原理搭建了模擬試驗臺架，解決了諸多關(guān)鍵技術(shù)難題，如海底井口泥漿液位識別技術(shù)、泥漿循環(huán)自動監(jiān)控系統(tǒng)、系統(tǒng)水下設(shè)備研發(fā)等，為我國海洋勘查及大洋鉆探等提供了低成本環(huán)保鉆探技術(shù)支撐。
松科二井大口徑長鉆程取心技術(shù)助力新疆瑪頁1井喜獲工業(yè)油流
瑪頁1井是新疆油田股份公司在準噶爾盆地西部隆起烏夏斷裂帶的一口風(fēng)險探井，目的是探索瑪湖凹陷北斜坡帶二疊系風(fēng)城組頁巖油和常規(guī)高孔火山巖油藏重大勘探領(lǐng)域的勘探潛力，開辟瑪湖凹陷下二疊統(tǒng)堿湖碳酸鹽巖頁油新領(lǐng)域。該井由西部鉆探克拉瑪依鉆井公司70114鉆井隊實施鉆探任務(wù)，設(shè)計井深4950m，設(shè)計取心275m，設(shè)計取心工期125天。
為解決地層巖心易堵、易磨耗等鉆探技術(shù)難題，提升鉆進效率和取心質(zhì)量，勘探技術(shù)所受委托開展了該井取心鉆進的技術(shù)服務(wù)工作。最終，技術(shù)人員連續(xù)取心進尺445.58m，巖心采取率97.96%，用設(shè)計48.8%的時間完成了162%的取心工作量，獲取目的(風(fēng)城組)大量含油巖心，助力該井在二疊系風(fēng)城組一段精準試油喜獲工業(yè)油流。
此外，該井取心工作一舉創(chuàng)造了Φ216mm口徑單回次取心進尺的鉆探世界新紀錄、新疆地區(qū)連續(xù)取心最長紀錄、新疆地區(qū)常規(guī)取心鉆進時效最高紀錄，展示了中國地質(zhì)調(diào)查局系統(tǒng)大口徑取心鉆探的技術(shù)實力，開啟了將科學(xué)鉆探創(chuàng)新技術(shù)運用至我國能源勘探領(lǐng)域的大門，有望持續(xù)為我國油氣勘探提供技術(shù)支持。
鉆孔重返系統(tǒng)
大洋鉆探是研究地殼構(gòu)造及大洋底部礦產(chǎn)的重要手段。實施大洋鉆探工程一般采用無隔水管開式鉆井，這就需要在單次鉆進起鉆后能使鉆頭再次進入原鉆孔的重返技術(shù)。由于鉆探船會隨風(fēng)、浪、流等漂移，加之鉆桿有幾千米長，鉆孔重返技術(shù)研究與裝備研制是我國自主研發(fā)大洋鉆探船、進行深海大洋鉆探急需解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。
勘探技術(shù)研究所根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局“深海”技術(shù)攻關(guān)的重點工作要求，在國內(nèi)率先立項研究深海鉆探鉆孔重返系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容包括：鉆孔重返位工藝適用性分析、鉆柱偏移控制技術(shù)研究、鉆孔重返位技術(shù)方案研究、鉆孔重返位作業(yè)規(guī)程研究等，最終將完成8000米水深級鉆孔重返位驅(qū)動裝置工程樣機試制。
標準制修訂
依托自然資源標準化主管部門的支持和指導(dǎo)，勘探技術(shù)所鉆探技術(shù)標準研究和升級工作全面開花。尤其是2010年后，制修訂了一批重要技術(shù)標準，形成了穩(wěn)定的標準制修訂專業(yè)團隊，使鉆探工程標準體系逐步成熟并完善。
截至目前，該所已經(jīng)累計制修訂并頒布鉆探技術(shù)標準5項，其中，《地質(zhì)巖心鉆探鉆具》(GB/T16950-2014)等國家標準1項(鉆探行業(yè)唯一頒布的國家標準)，《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》(DZ/T 0227-2010)、《定向鉆探技術(shù)規(guī)程》(DZ/T 0054-2014)等行業(yè)標準4項;通過地質(zhì)勘查分技術(shù)委員會審查并取得標準計劃批號的標準6項，其中，《鉆探工程術(shù)語》國家標準1項、《氣舉反循環(huán)鉆探規(guī)程》等行業(yè)標準5項。
