钻探技术发展为探明西部矿产资源提供有效的直接手段——钻探专家王达

　　日前，地调局在北京召开了西部特殊景观区勘查技术报告会。其中钻探技术的应用取得了突出的进步。对此，记者采访了钻探专家王达。

　　记者：在西部特殊景观区开展地质调查工作，钻探施工面临怎样的困难？对钻探技术面临怎样的挑战？

　　王达：我国西部地区有很多地方海拔高、地势险峻、地形复杂、自然条件恶劣、地理位置偏远、交通十分不便，在这些地区开展地质调查工作，特别是钻探施工作业有极大困难。在这些地区进行施工，对装备和钻探技术必然会有特殊要求，除需要便于搬迁的轻便化钻探设备外，还需要在极端缺水的地区、在松散砂砾层及各种复杂地层中进行钻探取芯作业。

无水地区钻探的利器
——空气组合新型钻探技术

　　记者：在一般情况下，需要水作循环液体进行钻探，在西部许多地方极端缺水，人畜饮水都十分困难，钻探用水就更成问题，目前有解决这个问题的先进技术吗？

　　王达：有，一是无需用水的空气组合新型钻探技术；二是利用地层水的节水钻探新技术。

　　我先介绍第一项新技术。由于西部地区干旱缺水，地层破碎漏失，如果采用水作为循环液，施工过程中需要配备专门的供水车，要到离工地几十公里以外地方拉水，但仍难以满足生产需要。那么仅供水的施工费用就占总施工费用的30%。

　　为了攻克极端缺水地区钻探的难题，勘探技术研究所等单位开发了空气组合新型钻探技术，充分利用空气无处不在的特点，以空气或仅消耗少量水的泡沫液作为循环介质，将当前先进高效的空气钻进与绳索取心钻探技术有机结合起来，达到无水施钻、满足地质要求、提高钻探效率、降低钻探成本的最终目的。这套技术包括空气反循环连续取样钻探技术、空气正循环提钻取心钻探技术和绳索打捞空气潜孔锤取心钻探技术等。

　　记者：采用空气组合新型钻探技术的效果如何？是否有普遍的推广意义？

　　王达：采用空气取样钻探效率要比水钻的钻探效率高50%—100%，成本将降低到30～50％。今后几年我国中西部地区钻探工作量将超过100万米（400元/m），如果有40万米（150-200元/m）的钻探工作量用空气组合钻探方法完成，可节省直接钻探费用7500万元到1亿元。

　　建议国家有关部门应加大空气钻探设备、器具及应用的扶持力度。地质人员应改变观念，修订规范，在地质编录过程中学会接受岩屑样品。

少水地区高质量取芯手段
—节水钻探新技术

　　记者：空气取样钻探解决了无水钻探问题，并且效率高、成本低，为什么还要搞节水钻探新技术？又有什么优点呢？

　　王达：空气取样钻探虽然有许多优点，但也有局限性。不足之处是以岩屑作为地质样品，当地质调查研究需要完整的岩心时，还不得不采用有水钻探技术。这时就需要考虑节水问题。

　　在西部的一些地区，地表水极少，但深部往往有地层水。不消耗宝贵的地表水，利用地层水实现孔内局部循环来完成钻井作业是一个创新的思维。自2003年开始，中国地质大学（武汉）在地调局的支持下，与俄罗斯合作立项开展 “节水钻探新技术”的研究，取得可喜进展。

　　节水钻探新技术主要由“加在地表泥浆泵出水阀上的脉动器”和“孔内潜水泵钻具”两部分组成。由于地表泵压出的地表水仅作为传递水力脉冲的载体，并不参加孔底循环，也不接触漏失地层，所以可实现基本不消耗地表水的节水钻探。在生产试验中取得了使钻进过程用水量下降10-20倍的成果，而且钻探效率明显提高。

　　为了防止出现孔底岩屑埋钻事故，他们还开发了“多功能防事故接头”，为了提高效率开发了不用地表水驱动的“节水钻探液动冲击器”。节水钻探技术有十分广阔的推广应用前景。

松散地层取样可靠方法
——新钻探取样工艺

　　记者：在西部有广阔的戈壁和沙漠，在这样的地区钻探用取样工艺面临的问题是什么？

　　王达：在戈壁和沙漠地区，如新疆吐鲁番铀矿区、罗布泊环境科学区钻探存在的主要问题是，在胶结松散、振动易碎的地层中，取心率很低（10-30%），往往使地层被误判，上下层位被颠倒。这些问题一直困扰着钻探界的技术人员，曾特邀乌兹别克钻探专家伊万来华指导，但也无好的办法。伊万先生说“松散砂砾石层钻进取心，前苏联钻探界曾投入大量人力、物力、历时30多年，至今未找到很好的方法。”

　　记者：我国的钻探技术人员用什么新方法解决这一世界难题？

　　王达：探工所针对上述问题，研制了射流式双管钻具，应用后，不但岩心采取率高，而且能保持地层原状的结构。原来传统钻具所取出的岩心，仅有几个砾石，松散胶结物皆被冲蚀、磨损，已毫无代表性。用射流式取心工具采取的岩心为柱状，采取率为90%以上，地质资料被完整地采取上来。由于提供的矿心准确、可靠，为国家的战备物资铀矿的储量评价提供了科学依据。国内的地质学家十分满意地称赞道：“这种取心工艺解决了世界性的难题”。

　　记者：该技术应用于罗布泊环境钻探的情况如何？

　　王达：应用初期，存在岩心均化，岩心结构被扰动，部分地层采取率不高，个别盐层、石膏层无法采取矿心等问题。对此，他们研制了冲击活塞式取样器，在取心过程中，该活塞可以把作用在岩心上的背压减到最小。土心采取使用翻板式采取器。一次取土样长度可达3～9m，取样直径为62mm（扩大后可达100mm），取样深度可达1000m，通过初步试验，所取出样品完整、采取率高、不扰动，满足环境科学的需要，基本上解决了上述问题。

　　总之，射流式取心器和冲击活塞式取样器的使用，将大大提高我国资源和环境科学研究的水平。

多领域开发应用
—钻探技术成果丰硕

　　记者：还有哪些新的钻探技术？

　　王达：还有TGQ勘察取样钻具的研究与开发，在国内首次实现取样钻具系列化、标准化。TGQ系列取样钻具包括TGQ-1（1米）、TGQ-5（5米）、TGQ-10（10米）三种规格，基本满足国内地质大调查的需要，覆盖了区域地质填图、物化探取样、古地磁取样、环境及土壤调查等领域。TGQ取样钻具设计实现了小型化、模块化和轻便化，满足我国高山、陡坡、沙漠、高寒等难于进入地区的钻探施工要求，特别适合西部地区的钻探取样施工要求。

　　水文水井泡沫增压钻探技术，取得了显著效益。其主要技术创新点是泡沫增压装置，已获国家专利。该技术总体技术水平和主要技术经济指标达到国际领先水平。经野外生产试验，在618口井中大量推广使用后，创产值近亿元，其中外汇423.7万美元，为支援西部开发和老少边穷地区作出了贡献，获得了巨大的经济社会效益。该项目荣获国土资源科技一等奖。

　　水文水井钻探护壁堵漏暂堵剂的研究开发, 效果明显。达到在钻井期间钻井液具有强的护壁堵漏效果，而在成井后开采时，地层中侵入的钻井液粘度下降，体积骤减，强度脆化，从而使地下流体通道畅通，提高生产井的产量。

　　新型镶齿式金刚石钻头及工艺研究应用，取得世界领先的成果。在大量的研究试验工作基础上，研制成功了钻进不同地层的胎体配方、多种薄壁金刚石工程钻头模具、钻头体自动化烧结系统的设计、六种油井钻头、五种地质钻头结构设计、软模具用材料及其制造工艺和适用于上述胎体的焊接材料，研制的试验样品已用于大陆科学钻探、西部铀矿勘探和石油钻探。

　　还有有针对复杂地层的冲击式金刚石取心跟管钻进技术；煤系地层钻探取样技术；屏蔽式孔底双循环取芯技术等方法，大幅度地提高了钻进效率，提高了岩心采取率和取心质量。

　　总之近年来，钻探技术发展为发现和探明西部矿产资源提供有效的直接手段。