近日，中国地质调查局北京探矿工程研究所自主研发的2000米永磁直驱电动钻机在吉林松原完成交付。

探矿工程所永磁直驱技术团队结合现场钻探设备情况，围绕施工单位节能减排、降低维保成本两大目标，利用永磁直驱技术对油田传统机械钻机进行了升级改造。交付试钻的2000米永磁直驱电动钻机具备无齿轮传动、提下钻与送钻一体化、司钻集成化等显著优势。

2023年，探矿工程所已在江苏、吉林等地区成功交付3台套永磁直驱电动钻机和电控系统，支撑新开了4项钻井工程。

图1 ZJ20DBZ永磁直驱电动钻机 

图2 ZJ20DBZ永磁直驱电动钻机代码设计

中国地质调查局北京探矿工程研究所研发的“一种用于柔性钻具的钻进轨迹保持装置”获国家发明专利授权。

超短半径水平井是指设计造斜率>300°/30m，曲率半径<5.73m的定向井，该种钻井技术可大幅提高单一井筒内的分支井布井密度，为油气、地热、稀有矿产资源开采提供新的技术方法。柔性钻具是实施超短半径水平井的关键核心工具，其多节铰接结构可满足超短半径钻进所需的较小曲率半径要求，但钻进过程中，柔性钻具的多节结构在井筒内呈螺旋屈曲状态，钻进轨迹控制难度极大。

该专利轨迹保持装置，安装于近钻头位置，内置永磁体和系列传动结构。柔性钻具弯曲时，传动机构将切割磁场产生逆弯曲方向的作用力，从而有效抵消地层或钻具自重导致的轨迹异常倾斜，实现自动纠偏，使钻头保持预设的钻进轨迹。

2019年6月是全国第18个“安全生产月”。按照自然资源部中国地质调查局探矿工艺研究所开展“安全生产月”活动实施方案的安排；近日，怒江流域泸水-芒市段灾害地质调查项目围绕“防风险、除隐患、遏事故”的主题，在驻地、工作现场开展了野外地质调查作业安全知识培训、车辆车况自检互检和突发安全事件应急演练等系列活动。

活动从安全知识宣讲开始，项目组长、安全员召集全体成员（包括临聘人员和实习学生）开展了专项培训。培训全面讲解了地质调查安全生产管理保障系统操作细则、汛期野外作业的注意事项及应急措施；并督促图幅负责人层层落实安全责任传导，强化安全意识。

按照活动安排，组织实施了野外工作车辆自查互检，采取先自查、再互检的方式，6位专业驾驶员逐一对车辆的发动机、制动、转向、行驶、传动及安全防护装置进行了现场检查，对车载北斗通信设备、仪表及轮胎等设备进行了仔细的查看；对检查中提出的相关问题，责令车辆驾驶员及时维修或保养，保证车况良好。

开展了应急预案专项演练，结合项目工作特点，在作业现场组织了模拟山区地质灾害调查作业常见的落石砸伤等紧急情况，模拟事件发生后，预案启动及现场处置情形，包括现场应急处置、电话报警求救、情况逐级报告、演练总结提高等内容。

安全培训、专项演练等系列活动，进一步强化了项目组成员的安全意识，提高了安全防范和应急能力水平，为项目工作的顺利推进保驾护航。

2018年11月30日至12月1日，自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所承担的国家国际科技合作专项“新一代3500米永磁直驱顶驱地质钻机研制”（2015DFA70300）顺利通过专家组现场验收。

该钻机采用变频永磁电机直接驱动顶驱和绞车，具有无级调速、恒压自动送钻、大于30米长行程立根钻进和提下钻开泵扫孔等特点，具备钻进参数实时监测、故障实时显示和历史数据回放等功能，大幅提升设备自动化、信息化水平。设备具有无齿轮传动、无摩擦刹车和悬停、高精度送钻等独特优势，有效解决现有钻机回转传动链结构复杂和维护保养的问题，突破传统钻机闸带、轮毂、盘刹、工作钳频繁使用磨损和无法精确控制送钻速度等技术难题，实现了向新一代地质钻机的跨越。

该钻机的研制成功，标志着我国掌握了永磁直驱顶驱钻机的核心技术，占据了电动顶驱的技术制高点，处于世界领先水平。该钻机可广泛用于地热（干热岩）、页岩气等陆域清洁能源及深部资源勘探开发工程，满足深孔复杂地层钻探对高效智能节能钻机的迫切需求，为实施绿色勘查智慧钻探提供装备基础，为全力支撑能源和矿产战略资源安全提供强有力的装备保障和技术服务。

自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所长期从事高温地热钻探技术研究，有效破解了高温钻探技术难题，研发了永磁直驱顶驱钻机、全金属涡轮钻具、孕镶金刚石钻头、高温钻井液、钻井液处理系统等多项技术成果，初步形成了高温钻探装备、技术体系，相关技术在西藏羊八井、羊应乡、雄安新区、青海共和干热岩工程、惠热I井干热岩钻探等高温地热（干热岩）钻探工程中广泛应用，有效的促进了新型清洁能源钻探调查进展。

1. 高温硬岩复合钻进技术

为提高高温地热（干热岩）钻进效率，探矿工程所针对高温硬岩钻探特点研制了耐高温高转速全金属涡轮钻具和高温硬岩孕镶金刚石钻头，可满足300℃高温钻探需要，具有耐高温、高转速、长寿命等特点，采用涡轮钻具配合金刚石钻头复合钻进技术可有效破解高温硬岩钻探技术难题。

2、高温钻井液技术

高温钻井液技术是高温地热钻探关键技术之一，探矿工程所针对干热岩钻探特点，研发优选了多种抗高温钻井液处理剂，形成了抗温水基钻井液体系和高温固井水泥配方及工艺，在青海共和GR1井干热岩钻探工程中成功应用，可满足240℃以上高温钻探的需要，有效地破解了高温地热钻探钻井液技术难题。

3、高温钻井液处理系统

经过多年的研究，探矿工程所已形成钻井液固相控制全套技术装备，并开展了冷却及废浆处理系统研究，在解决高温钻井液处理技术难题的同时，有效实现绿色环保无污染钻探施工，为高温地热钻探调查提供装备和技术保障。

4、永磁直驱电动顶驱钻机

针对高温地热钻探特点，探矿工程所自主研发了3000m、3500m系列永磁直驱电动顶驱钻机，具有自动送钻功能，实现无齿轮传动、变频无级调速，卷扬机具有无磨擦刹车、能耗刹车和悬停功能等，实现提下钻遇卡阻开泵回转施工工艺。已成功完成浙江临安页岩气钻探和惠热1井钻进工程施工，节约能源达30%以上。

5. 高温平衡钻井工艺

高温地热钻井面临井涌和井喷的风险，要满足安全快速钻进，需要采用平衡钻进工艺。该工艺采用自主研发的耐高温旋转防喷器系统，可实现井底压力平衡、井口压力控制、带压钻进施工，有效防止漏失、井涌，保护地热储层，提高钻探效率。

6、超高温高压流变仪

依托国家重大科学仪器设备开发专项——“超高温高压钻井液流变仪的研发及产业化”（项目编号2012YQ050242），成功研制出国内首台超高温高压流变仪。该仪器采用了国际先进的外环隔离磁耦合驱动和非接触式扭矩传递测量技术，攻克了超高温高压条件下的动态密封和剪率控制等工程难题，实现了高温320℃、低温-10℃和高压220MPa条件下的高精度粘度测量。超高温高压流变仪的研制成功，象征着国内的流变仪测控技术达到世界一流水平，打破了国外高端流变性测试仪器在市场上的垄断地位，仪器可满足深地科学钻探、深部地热资源钻探的高温高压钻井液测试需求，也能应用于深水或陆域天然气水合物等新型清洁能源钻探用低温钻井液的流变性测试评价。

应用案例1：2015年7月，探矿工程所自主研发的Ф127涡轮钻具，在“干热I井”（国内首口干热岩科学钻井）进行了国内首次涡轮取心钻进实验，钻进平均机械钻速为1.29m/h，与165mm螺杆和转盘钻进方法相比，钻进效率分别提高了30.3%、98.46%、18.34%。

应用案例2：探矿工程所研发的高温钻井液技术和高温固井技术在羊八井北区高温地热田钻探中得到了应用，为羊八井ZK4001高温地热井钻井与完井提供技术支持，获得206℃连续高温蒸汽，为地热电站提供热能，到目前已连续供热近30年。

应用案例3：2018年，钻机在广东惠州进行惠热1井干热岩钻探施工，设计孔深3100m。截止6月29日，已钻进至2308m。该钻机的成功应用标志着我国掌握了永磁直驱顶驱钻机的核心技术，占据了电动顶驱的技术制高点，为深地智能化钻机的研究奠定了坚实基础。

为落实中国地调局关于加强驾驶员职业道德、法律法规培训，提高驾驶员安全意识和野外驾驶技能的要求，保证车辆安全性能良好，3月6日，地调局物化探所利用一天时间开展了驾驶员安全培训及车辆安全检查。

驾驶员安全培训会上，所党委书记甘行平对车辆交通安全管理提出三点希望和要求：一是把安全摆到首要位置，强化安全责任意识，遏制各类事故发生；二是严格落实规章制度，加强车辆交通安全管控；三是强化安全保障措施，提高北斗终端配备使用率，提升安全生产工作水平。安全生产管理处（车队）管理人员，针对局属单位以往安全生产事故情况，进行专题警示教育，组织学习《中国地质调查局野外工作用车安全管理规定》、《物化探所公务用车管理暂行办法》等文件规定，总结讲评了2016年车辆管理情况，组织观看了野外行车安全宣传视频。20名专职驾驶员签订了车辆交通安全承诺书，承诺在驾驶过程中做到“五不两确保”。

车辆安全检查中，所挑选经验丰富的驾驶员组成车辆安全检查小组，对在所工作用车的发动机、转向系、制动系、行驶系、传动系、安全防护装置等进行全面检查，对车况和驾驶员进行了安全技术条件集中会审。

通过驾驶员安全培训及车辆安全检查，使驾驶员增强了安全行车意识，提高了野外驾驶技能和应急处置能力，使所野外工作用车和驾驶员达到了安全技术会审条件，为预防交通事故发生，保障野外工作人员生命财产安全奠定了良好基础。

编者按:“向地球深部进军”是新时期地质科技创新的重要战场。作为我国第一家探矿工程应用技术研究所，自然资源部中国地质调查局勘探技术研究所是目前我国从事探矿工程和岩土钻掘应用技术研究规模最大、综合实力最强的研究所。他们紧密围绕国家重大需求，集中力量攻关地球深部探测技术装备难题，交出了一份份令人满意的答卷。

值此辞旧迎新之际，让我们一起回顾勘探技术研究所近年来取得的优秀成果，了解深地探测技术装备发展之路。

复杂地层取心技术在多金属矿区应用取得突出效果

依托国家重点研发计划——战略性国际科技创新合作重点专项“多金属矿岩心钻探关键技术装备联合研发及示范”项目，勘探技术所开展了复杂地层取心钻具研制，针对松、散、软及严重破碎地层，研发了绳索强制取心钻具，通过泵量变化完成割心，操作简便，辅助时间短，配合隔液底喷钻头，可有效解决松散、破碎地层易出现的岩心脱落、冲蚀问题，保证岩心采取质量；同时，研制了低摩阻岩心管，对其内壁进行硬化及光滑处理，对于复杂地层易出现的岩心卡堵、回次进尺短等技术难题，起到了缓解作用，地表退心方便快捷。

该所研制的钻具在山东省平度市山旺-上马台多金属矿区开展了示范应用，有效保证了上述复杂地层岩心采取质量，平均岩心采取率达到98%以上。

5000米智能地质钻探技术装备研发及应用示范

2019年3月9日，D13地热探采井施工在保定市容城县大河镇南文营南收官，完成钻深2506.14m。此次施工采用了勘探技术研究所牵头实施的国家“十二五”863课题“4000m地质岩心钻探成套技术装备”成果——交流变频电驱动4000m钻机（XD-40型），在成功助力雄安新区地热资源调查的同时，为该所牵头“十三五”国家重点研发计划项目“5000米智能地质钻探技术装备研发及应用示范”的立项与研究打下了坚实技术基础。

一年多来，该项目在顶层设计方面形成10项主要共识，确定了5000m的钻孔结构、套管程序，对钻孔环空水力学、钻杆强度、钻孔稳定等进行了分析，制定了5000m钻机的主要技术参数、总体技术方案、整机布局及传动设计。技术人员通过设计数据采集传输系统、状态识别与监测系统、智能控制集成系统和垂钻系统，实现钻机的数字化、信息化、智能化，形成新方法8种，建立新平台/新装置8套，形成新软件系统3套；完成3种规格钻杆以及小口径高效系列钻具的图纸设计、模型仿真、材料选型；创新开展冲洗液护壁技术、凝胶与纳米水泥复合堵漏技术以及生物破胶等废弃冲洗液无害化处理技术研究，初步优选出高温环保冲洗液配方、凝胶配方、纳米复合水泥基浆液配方。

项目最终目标是形成一套以绳索取心工艺为主体，兼具自动化、智能化的5000m地质特深孔岩心钻探技术与装备体系，为我国深部资源能源勘探开发奠定坚实的先进高效地质勘探装备和技术基础。

天津东丽湖深部地热勘探创多项钻探纪录

2017以来，中国地质调查局在天津东丽湖地区部署了两眼采灌地热参数井CGSD-01井和CGSD-02井，井深均超过4000m，钻入主力开采层以下的“雾迷山组二段”深部热储空间，均发现了高产能新储层，地热钻探创天津地区地热井的多项钻探纪录。

CGSD-01井终孔深度4051.68m，终孔口径216mm，最大井斜6.87°，井底温度105℃；覆盖层以下定深取心140.78m，岩心采取率85.4%；在3715m深度的雾迷山组二段进行酸化增产和抽水试验，井口出水温度100℃，单井涌水量达3120立方米/天，开创了天津地区雾迷山组二段抽水试验的优质范例。该井创造了天津地区2018年地热井钻探的最深记录；创造了地热井雾迷山组获取岩心最多的记录；创造了在雾迷山组地层中钻探取心最长记录。CGSD-02井一期终孔深度3530.60m，二期加深至4103.48m，2019年刷新了CGSD-01井的深度记录。

天津东丽湖CGSD-01井抽水试验现场

两眼地热参数井的成功实施证实了天津地区主力开采层下存在高产能“第二空间”新储层，为后期建立华北地热科研创新基地和采灌对井试验研究奠定了基础。

创新平台建设结硕果

1.获批“河北省大口径岩土钻掘技术创新中心”，标志着勘探技术所岩土钻掘技术正式纳入省级建设序列。

2019年8月15日，河北省科学技术厅发布《关于2019年拟新建省级研发平台的公示》，勘探技术所与所属聚力公司联合共建的“河北省大口径岩土钻掘技术创新中心”通过论证并完成公示。

该中心是开展共性关键技术研发、技术集成、科技成果转移转化、技术服务、技术创新人才聚集培养、面向社会开放的技术创新平台，拟研究和解决的共性关键技术包括大口径无循环入岩技术、大口径无循环全套管施工技术、大口径无循环扩底技术，旨在构建河北省大口径岩土钻掘工程技术产学研平台，优化行业研究资源，改善大口径岩土钻掘工程技术研究条件，扩大与同行间的交流合作，提升河北省地质调查行业岩土钻掘工程技术整体水平。

2.“中国地质调查局深部地质钻探技术研究中心”通过周期评估。

11月24日，“中国地质调查局深部地质钻探技术研究中心”通过了中国地质调查局组织的评估。

该中心以深部资源能源勘查和科学研究需求为导向，重点开展钻探工艺器具、技术、设备等的系统研究，加快新技术、新方法、新工艺、新设备的应用与示范，促进我国地质钻探技术水平迅速提升。

2016年以来，发表论文73篇；获得国家知识产权局授权专利39项，其中，发明专利9项、实用新型专利30项；获得国土资源科学技术奖一等奖1项、二等奖3项。同时，举办学术交流会、钻探新技术培训班、学术论坛等10余次。

科学普及方面，《中国矿业报》以通栏专版形式介绍钻探技术与装备；通过多种形式大力宣传松科二井的丰硕成果，围绕科研项目撰写科普论文。松科二井成果参加了庆祝中华人民共和国成立70周年大型成就展、科技成就科普展，2019年全国大众创业万众创新活动周主题展示活动，第二届中国（黄石）地矿科普大会等。

3.牵头申报“中国地质调查局定向钻井技术创新中心”，已通过局党组会审议。

定向钻井技术是支撑海域天然气水合物、干热岩、深层地热、页岩油气、水溶性固体矿产等高效低成本绿色开发利用和川藏铁路等国家重大工程建设的核心关键技术。为贯彻落实党中央国务院关于提高能源资源安全保障、精心服务生态文明建设等重要指示精神，迫切需要攻克定向钻井技术与装备及其工程应用中的重大技术瓶颈问题，打破国外技术垄断，实现“产、学、研、用”一体化创新，精准对接国家重大需求。根据国家、部、局一系列文件要求，勘探技术研究所和广州海洋地质调查局联合提出“中国地质调查局定向钻井技术创新中心”建设方案。

4.参与申报“国家关键矿产绿色勘查开发技术创新中心”“地球深部热能国家工程研究中心”“天然气水合物勘查开发技术装备研发中心”等。

新型无隔水管泥浆闭路循环系统

海洋钻探是获取海底地层信息最直观的方法，也是海洋资源勘查最主要的手段之一。目前，海洋钻探泥浆循环方式常使用隔水管循环或不循环直接排海，前者钻探成本高，后者对海洋环保不利。

勘探技术研究所开展的“新型无隔水管泥浆闭路循环系统”海洋低成本环保钻探关键技术研究，其基本原理是下入单独的泥浆举升管线接入到水下井口，形成泥浆循环返回通道，利用海底举升泵和气举模块联合举升将泥浆从海底泵送到钻井平台，从而实现泥浆闭路循环。根据无隔水管泥浆闭路循环系统原理搭建了模拟试验台架，解决了诸多关键技术难题，如海底井口泥浆液位识别技术、泥浆循环自动监控系统、系统水下设备研发等，为我国海洋勘查及大洋钻探等提供了低成本环保钻探技术支撑。

松科二井大口径长钻程取心技术助力新疆玛页1井喜获工业油流

玛页1井是新疆油田股份公司在准噶尔盆地西部隆起乌夏断裂带的一口风险探井，目的是探索玛湖凹陷北斜坡带二叠系风城组页岩油和常规高孔火山岩油藏重大勘探领域的勘探潜力，开辟玛湖凹陷下二叠统碱湖碳酸盐岩页岩油新领域。该井由西部钻探克拉玛依钻井公司70114钻井队实施钻探任务，设计井深4950m，设计取心275m，设计取心工期125天。

为解决地层岩心易堵、易磨耗等钻探技术难题，提升钻进效率和取心质量，勘探技术所受委托开展了该井取心钻进的技术服务工作。最终，技术人员连续取心进尺445.58m，岩心采取率97.96%，用设计48.8%的时间完成了162%的取心工作量，获取目的（风城组）大量含油岩心，助力该井在二叠系风城组一段精准试油喜获工业油流。

此外，该井取心工作一举创造了Φ216mm口径单回次取心进尺的钻探世界新纪录、新疆地区连续取心最长纪录、新疆地区常规取心钻进时效最高纪录，展示了中国地质调查局系统大口径取心钻探的技术实力，开启了将科学钻探创新技术运用至我国能源勘探领域的大门，有望持续为我国油气勘探提供技术支持。

钻孔重返系统

大洋钻探是研究地壳构造及大洋底部矿产的重要手段。实施大洋钻探工程一般采用无隔水管开式钻井，这就需要在单次钻进起钻后能使钻头再次进入原钻孔的重返技术。由于钻探船会随风、浪、流等漂移，加之钻杆有几千米长，钻孔重返技术研究与装备研制是我国自主研发大洋钻探船、进行深海大洋钻探急需解决的关键技术难题。

勘探技术研究所根据中国地质调查局“深海”技术攻关的重点工作要求，在国内率先立项研究深海钻探钻孔重返系统，主要研究内容包括：钻孔重返位工艺适用性分析、钻柱偏移控制技术研究、钻孔重返位技术方案研究、钻孔重返位作业规程研究等，最终将完成8000米水深级钻孔重返位驱动装置工程样机试制。

标准制修订

依托自然资源标准化主管部门的支持和指导，勘探技术所钻探技术标准研究和升级工作全面开花。尤其是2010年后，制修订了一批重要技术标准，形成了稳定的标准制修订专业团队，使钻探工程标准体系逐步成熟并完善。

截至目前，该所已经累计制修订并颁布钻探技术标准5项，其中，《地质岩心钻探钻具》（GB/T16950-2014）等国家标准1项（钻探行业唯一颁布的国家标准），《地质岩心钻探规程》（DZ/T 0227-2010）、《定向钻探技术规程》（DZ/T 0054-2014）等行业标准4项；通过地质勘查分技术委员会审查并取得标准计划批号的标准6项，其中，《钻探工程术语》国家标准1项、《气举反循环钻探规程》等行业标准5项。D26

（本文资料由勘探技术研究所提供）