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    近日,由中国地质科学院探矿工艺研究所(以下简称“探矿工艺所”)研发的“一种滑坡同孔深部位移和地下水位监测设备及监测方法”获国家发明专利授权(专利号ZL202410853875.X)。

    探矿工艺所地质灾害监测预警团队结合库岸滑坡监测预警研究需要,研发同孔多场监测技术并进行野外实践,取得显著成效。该发明专利公布了一种滑坡同孔深部位移和地下水位监测设备及监测方法,核心技术是通过创新钻孔内的固定双管结构、传感器组件管和改性水泥浆液等,优化形成同孔深部位移和地下水位监测设备,实现钻孔内单一参数监测到多参数监测的技术提升。专利有效提升了深部多场监测技术的水平,减小深部监测的钻探工作量,降低了深部多参数监测成本,实现被监测斜坡的深部位移和地下水位高精度低成本监测。

    目前,该发明专利已在三峡库区重庆市奉节县新铺滑坡监测示范点得到成功应用。下一步,研发团队将继续优化技术,降低成本,提高监测稳定性,为在其他地区的推广应用打下扎实基础。

    专利授权证书

     
    探矿工艺所“一种滑坡同孔深部位移和地下水位监测设...

    “陶士先同志是钻探行业知名专家,在国内探矿界具有较高影响力。近年来,该同志作为项目负责人承担了多项地质调查项目和国家地勘基金项目,在冲洗液领域新材料、新技术、新工艺研究方面取得了丰硕的成果。这些成果的转化和应用,在国家地质找矿钻探、新能源和重要矿产资源勘探及科学钻探等工程施工中发挥了重要作用,为解决国家能源、资源、环境、灾害或基础地质问题提供了技术支撑。该同志还组织和参加了大量的野外钻探技术推广、培训和服务工作,对提高地质钻探行业队伍技术水平发挥了重要作用。该同志在主持项目实施过程中,注重年轻科技人员培养,在其带领下已经形成一个理论基础扎实、科研能力强、现场实践经验丰富的专业团队,该团队活跃在国内地质钻探领域,为国家地质找矿钻探、新能源和重要矿产资源勘探及科学钻探等工程施工提供支撑和服务。”这是中国地质调查局北京探矿工程研究所(以下简称“探矿工程所”)对钻井化学研发中心主任、教授级高工陶士先同志作出的评价。

    陶士先(中)在泥浆大赛现场

    当记者拿到有关陶士先的资料时,看到的是一系列的专业术语和一些生硬的数字,不禁有些懵——这么枯燥的工作,“泥浆、钻探、孔壁失稳、破碎地层”,这是一位女同志从事的工作吗?而且一干就是30多年?是什么信念让她如此执著?而且取得了如此辉煌的成绩?带着一系列问题,记者日前走进了探矿工程所。

    错失梦想

    1983年,陶士先捧着长春地质学院的录取通知书,来到了这所中国地质人才培养的摇篮。“一不小心掉进了一个陷阱”,按照陶士先的话说,她走进长春地质学院开始大学生活的时候,便错失了这一生要当老师或者医生的梦想。况且,她从报考的“仪器系”被调剂到了“钻探工程专业”,一个班里只有两名女孩子,让这个年轻的女孩子有些傻眼。钻探?难道是每天摸爬滚打在工地打钻吗?这让一个豆蔻芳心的女孩情何以堪?

    陶士先(左)现场考察

    然而,生活没有回头路,既然踏上了这条路,那就踏踏实实地走吧。没想到,这一走,就走了35年。今天,当陶士先谈到所从事的工作时,却充满了骄傲和幸福:“这个工作很适合女孩子干,做泥浆(钻井液)有很多试验室的工作,女孩子心比较细。而且,我在工作过程中总结了很多经验,给很多地质队讲过课,为地勘单位培养了大批人才,也算是圆了我当老师的梦想吧。”

    大学毕业后,她被分配到探矿工程所从事钻井液研究工作。上世纪90年代,地勘经济不景气,地质钻探工作量急剧萎缩,传统服务对象“难觅踪影”。于是,探矿工程所将“船头”转向了石油石化行业。1994年起,陶士先跟随所里步伐,开始做市场,卖泥浆材料,因为有过硬的技术,该所在市场上闯出了一片天地。

    解决关键技术难题

    “我正儿八经地做地质钻探是2003年以后,当时中国地质调查局给探矿工程所列了一些科研项目。2008年以后,得益于地质找矿的快速发展,地质钻探呈现井喷式增长,我们的科研经费也逐年增多。我们结合地质钻探施工过程中遇到的一些问题开展研究;针对复杂地层,研究一些材料和技术体系,与现场紧密结合起来,为钻探工程提供解决问题的方法和途径。”也就是在这几年,陶士先和她的团队取得了不斐的业绩:

    陶士先组织或参与研发的成果已应用于多种金属矿钻探、页岩气钻探、钾盐等盐矿钻探、干热岩钻探及大陆科学钻探等,使用单位达166家,仅项目组参与的在复杂地层中的试验与示范钻孔就达到181个,累计工作量为10余万米,解决了多项关键技术难题;组织实施系列钻探科研项目,研制了多种新型泥浆材料和针对不同勘查区或矿区的冲洗液护壁堵漏技术,开展了大量野外现场技术推广、培训和服务工作。同时,他们的成果也为地学研究及科学研究提供了良好的钻探验证手段。

    陶士先授课

    ——他们研制的成膜护壁冲洗液在河北、甘肃、四川及云南等地的金属矿、页岩气及煤炭孔钻探中应用,解决了炭泥质千枚岩、绿泥石化岩石等行业难点地层的孔壁失稳难题,提高了成孔率、施工效率和取心质量,在多个矿区创造了孔深、成孔率及施工效率的纪录。

    ——他们研制的饱和盐水、新型镁基及二盐冲洗液,在云南、青海及境外老挝、泰国等钾盐勘探施工中应用,解决了钾盐勘探过程中氯化钠、氯化钾、光卤石、溢晶石等高溶蚀性地层孔壁失稳、取心率低及采用油基钻井液的高成本难题;研制的用现场卤水、海水配制的冲洗液,解决了现场卤水、海水配浆胶体稳定性差、蚀变和破碎地层孔壁失稳、绳索取心钻杆内壁结泥皮等技术难题,在新疆、青海、山东地质找矿钻探及南黄海大陆架科学钻探施工中发挥了重要作用。

    ——他们研制的耐240℃高温冲洗液解决了高温下冲洗液流变性、护壁性等性能显著恶化等难题,为青海共和高温干热岩钻探提供了良好的技术支撑,其中GR1井井底温度达到236℃,是目前国内温度最高的干热岩井,也是国内少有的温度超过230℃的高温井之一。该科研成果获原国土资源部科技二等奖、中国地质调查局科技一等奖。

    ——他们研制的MBM使膨润土的使用量降低50%以上,有效避免了膨润土资源的浪费;研制的新型镁基冲洗液、二盐冲洗液替代了油基冲洗液,以及为海上科学钻探设计的环保冲洗液等,预防了油基钻井液等对环境的污染;研制的快速凝胶堵漏技术,提高了恶性漏失的堵漏成功率,大幅度降低了钻探施工过程中水资源和泥浆材料的浪费。

    “在钻探过程中会遇到各种各样的地层。比如找钾盐,地层成分以氯化钠为主,我们研制了二盐冲洗液,克服了普通盐水浆抑制不住的难题;再比如打金矿矿井,破碎地层要多一些,地层一块一块的,我们就要往钻井液里面添加东西,把破碎地层的缝隙给填上。做之前我感觉挺困难,但是一个又一个困难被我们克服了,做完之后就觉得没什么了。室内的研究工作也是必不可少的,地质队把岩心给我们,我们要分析它含有什么成分。”

    “钻探这个行业,大部分人觉得是男人干的活,其实我觉得泥浆这个工种挺适合女孩子的。因为这里有大量的室内研究工作,很像是中医配药方。现场配泥浆就是根据不同的地质情况作出不同的判断,配出不同的泥浆。这个过程非常有意思,让人不会感到枯燥。”

    也许,正是因着对这份事业的热爱,让岁月的年轮没有在她身上留下多少印迹。年逾50的陶士先,依然玉貌花容,明眸皓齿,声音清丽。

    推动行业技术进步

    多年来,陶士先和她的团队在科技理论创新和技术方法方面做出了突出贡献:针对复杂地层钻进面临的孔壁失稳、冲洗液漏失、低取心率以及复杂地层绳索取心钻探的局限性等难题,组织实施了与冲洗液有关的关键技术攻关,形成了一套适应地质钻探小井眼特点的复杂地层护壁堵漏技术。该技术引领国内地质钻探冲洗液技术的发展,推动了地质钻探冲洗液技术的进步。陶士先出版专著2部(第一作者),获得国家发明专利7项(第一发明人6项)、实用新型专利2项(第一发明人)及国家重点新产品1项,发表论文31篇(第一作者13篇)。

    陶士先(前排左)参加项目汇报

    近年来,陶士先和她的团队研制了8种新型泥浆材料,如多功能材料(MBM)、防塌减阻剂(GFT)、抗盐增粘剂(GTQ)、成膜A剂、成膜堵漏剂及有机凝胶等。其中,他们研制的具有“方便面”特点的多功能材料(MBM),解决了现场卤水配浆、复杂地层绳索取心钻进、配浆过程复杂等相关技术难题,填补了国内空白,获国家发明专利和2013年度国家级新产品;研制了适应地质钻探,具有较低软化点、较强粘接与封堵特性的防塌减阻剂(GFT),获国家发明专利。上述材料的研究,为推动地质钻探冲洗液技术进步打下了坚实的基础。

    他们在分析不同复杂地层孔壁失稳原理的基础上,结合地质钻探小井眼特点,设计了用于不同复杂地层的系列冲洗液体系,如研发了具有高效能水基冲洗液特性的成膜护壁冲洗液,实现了水基冲洗液性能的突破;研发了用于强溶蚀性地层、具有强抑溶作用的镁基及二盐冲洗液,可替代国内外普遍使用的油基冲洗液,是水基冲洗液应用于强溶蚀性地层钻探的一大突破;研发了用于干热岩等高温钻探、耐温200℃~260℃的系列高温冲洗液,获国家授权发明专利4项。

    在快速堵漏方面,他们更是做出了突出贡献:研制了适应地质钻探小井眼特点的快速凝胶堵漏技术,首次提出并设计了用于地质钻探的孔口装置,有利于提高堵漏成功率;在国内外首次提交与温度相对应、适应不同深度的快速凝胶堵漏配方表,采用该配方配制的无机凝胶堵漏浆液节省候凝时间30%~70%,有效提高了堵漏作业效率;采用有机凝胶与无机凝胶相结合的方式,大幅度提高了恶性漏失和含水层漏失的堵漏成功率;研制的无机凝胶材料与传统水泥相比,固结后的固结体韧性显著增强,体积无收缩。该成果获国家授权发明专利1项,实用新型专利2项。该项技术为地质钻探提供了新的快速有效的堵漏方法,推动了地质钻探堵漏技术的进步。

    拥有广阔市场前景

    新技术已为探矿工程所创造了良好的经济效益:自2011年至2015年,他们研制的成果带动的泥浆材料开发及技术服务共创产值5831万元;2016年至2017年,共创造产值2800多万元。同时,施工单位采用成果技术后,钻进速度、成孔率明显提高,事故率显著降低,泥浆排放量、泥浆漏失量大幅度减少,为施工单位节省了大量劳务费用、电力、油料消耗费用及泥浆处理剂费用等,因此也得到了施工单位的高度肯定。

    在谈到产业前景及后续人才培养方面的问题,陶士先信心满满。她认为,泥浆产业前景广阔,应用范围非常宽广。现在不仅应用于地质钻,像一些地热、干热岩,矿山治理、矿山救援等方面,也离不开钻井液的应用。

    陶士先(左一)在野外现场指导工作

    “比如矿山治理工程,我们从2016年开始涉入这个领域。矿山企业在采矿之前对采矿区域进行堵水或加固,通过打羽状井并注浆来实现,前景很好。比如,我们与施工单位合作在河北省邢台市邢东矿做的一个项目,已经打了33个分枝井。邢东矿在开采区下面有一层高压水,可以淹没采矿区,采矿过程中万一发生透水事故,后果不堪设想,损失亦不可估量。于是,在采矿区底部和高压水层之间打了系列水平井,用注水泥浆把裂隙和孔隙都给堵上。这一工程已为探矿工程所增加产值400多万元。”

    “我们还参与了山西、陕西等地的矿山救援及煤层顶板加固项目,都取得了显著成效。我们最大的成就感来自于给大家解决问题,问题解决了我们就非常高兴,解决不了也很沮丧。”

    在人才培养方面,陶士先说:“地质队的人才还是很缺的。我觉得自己除了搞科研之外,最大的贡献是对地质队的人才培养。我每年大概讲课10几次,有地质队办的培训,有各省地勘局办的培训,也有中国地质大学的课程。泥浆这块内容,基本上都是我讲的,也圆了我当老师的梦想吧。”

    “研究所和学校的区别在于,学校注重理论知识的培训,而研究所更注重应用价值,要解决实际问题。所以我们讲课尽可能做到把理论和实践相结合。到地质队讲课,我面对的是钻工,有的人文化水平相对低一些。所以,讲课的内容让他们听懂最重要。记得第一次去现场的时候,我们跟人家说,解决他们现场的问题需要提高密度。结果我走了之后,人家说我们忽悠他。当时我很疑惑,理论上说我讲的内容是对的,为什么说我们忽悠他呢?原来是因为我们讲得太专业。所以,我们也在不断总结,如何提高讲课效果。后来遇到这种情况,我就举例子,比如1个瓶子,装密度是1的500毫升白水,重量是500克;如果装密度是1.3的泥浆的话,重量就是650克。泥浆重了,泥浆对孔壁的压力(或称支撑力)就大了,就压瓷实了。”

    交流中,记者感受了陶士先对工作的无限热爱。谈到产业发展前景,陶士先信心心满满:“是呀,这个产业前景非常光明。钻井液应用非常广,不仅应用于打钻,还有基础施工、地热、干热岩、矿山救援等。为什么在地勘经济、矿业经济形势下滑时期,我们依然有饭吃?我和年轻人说,因为这项工作的技术含量比较高。泥浆关系孔内安全、施工效率等方方面面,在整个打钻的过程中,孔内的地质情况以及从孔里返出的泥浆性能会时刻发生变化,影响因素很多,你需要根据实际情况进行判断,拿出科学合理的方法,切切实实地为对方解决问题。所以我说搞这项工作感觉不枯燥,我们有很大的发挥空间。但是这需要扎实的理论基础和实践经验,观察要仔细,还要有准确的判断。”

    “一个工作做一生,而且做得如此风生水起、有声有色,是要有坚定的人生信仰吧?”

    听到记者的提问,陶士先平静地说:“踏实做事就是我的人生信仰,搞应用技术,哪怕解决一个很小的问题,也是一个进步。”

    多年来,陶士先为本单位培养6名专业技术骨干,形成了在国内地勘行业领先的钻探冲洗液科研团队。在组织项目实施过程中,她带领6名年轻科技人员参与项目新材料研制、新型冲洗液体系设计、堵漏技术研究、专著编写及现场试验与示范等,提高了他们的科研工作能力、现场解决问题的能力、科研管理水平及各类报告、专利、论文的编写水平。其中,有两人作为项目组长成功申报了国家青年科学基金项目,两人分别担任地调项目和国家地勘基金项目的副组长,四人活跃在野外施工现场,能够独立提供技术服务。

    同时,她为一线施工单位培养了大批冲洗液技术人才,组织项目组人员到现场指导施工人员配制、使用冲洗液和实施堵漏作业100余次,现场培训近2000人次;为中国地质调查局、地质大学、各省地勘局及地质队等举办的钻探技术培训班授课112次,培训1000余人次。通过现场指导及技术交流与培训,她为一线施工单位培养了人才,提高了现场施工人员的专业技术水平。

    谈到生活,陶士先更是充满了幸福感。“孩子小的时候都是自己带,虽然工作忙,但是没对家庭造成什么影响。后来出差多了,孩子也大些了。2000年以前,大家都在房山周口店上班。那个时候很艰苦,生活用品都没地方购买。记得当时发了工资,第一个周末单位就开动班车,载上大家进城购物。当时没有高速公路,进城要两个多小时,虽然路途遥远,但是大家都非常快乐。”2000年以后,她搬到城里工作和生活,幸福指数更是成倍增加。

    看着她写满幸福的脸,让我想起了上世纪80年代流行的一首歌:甜蜜的工作甜蜜的工作无限好啰喂,甜蜜的歌儿甜蜜的歌儿飞满天啰喂……

     

    灼灼其华 勇为人先

    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)

    打开通往地底的大门

     

    青海地质工作者在施工完成后回填恢复土地

      

    青海地质工作者进行植被揭层养护

     

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    地质勘查工作必然要与生态环境保护发生矛盾吗?如何从根本上解决矿产勘查环境恶化的痼疾,在地质矿产工作低迷的大环境下重拾信心,走出一条快速发展的新路?或许,从近日在北京召开的全国绿色勘查工作经验交流研讨会上,从一个个推进地质勘查与生态环境保护协调发展的新思路、新技术、新举措中,人们可以寻找到答案。

     

    这是一场会聚政府部门、行业协会、国有地勘单位、矿业企业、科研单位、公众媒体的交流研讨会,也是一场凝心聚力、提振信心、携手共进的动员宣传会。在会上,人们分享了来自青海、贵州、四川等地绿色勘查的宝贵经验,了解了最新的绿色勘查技术与装备,更深深体会到了地勘工作在我国生态文明建设中必须担负的责任和使命。

    地勘行业的绿色大潮势不可挡

    国土资源部地质勘查司司长王昆引用德国哲学家雅斯贝尔斯的名言为研讨会开篇。他说,绿色勘查也应该像教育一样,是“一棵树摇动另一棵树,一朵云推动另一朵云,一个灵魂唤醒另一个灵魂”。50多年前,《寂静的春天》犹如旷野中的呐喊,用它深切的感受、全面的研究和雄辩的论点改变了历史的进程,使环保进入了公众视野,开启了全球的环保运动。今天,我们也是一棵棵树,正在用绿色的枝叶,摇曳呼唤着绿色环保思想为地质勘查工作带来一场从内到外的重要变革。

    王昆所说的“一棵棵树”,是指一些绿色勘查典型单位以及来自他们的探索实践:青海省国土资源厅正在推行绿色勘查开发年活动;青海省有色地勘局在多彩地区铜多金属矿整装勘查项目中切实融入生态优先理念,在矿产勘查与生态保护协调统一方面形成了可复制的多彩模式;贵州西南能矿集团已获得突出效果的绿色勘查示范;成都探矿工艺所研发的一基多孔、一孔多支等绿色钻探技术;国土资源储量评审中心围绕绿色勘查标准规范所进行的研究;中国矿业联合会就海外绿色勘查经验的集纳和分享等。

    显然,这些行动汇集在一起,已经逐渐形成了地质勘查行业的绿色大潮。在今年5月10日召开的中国地质矿产经济学会2016年地勘局长座谈会上,一份《绿色勘查行动宣言》发出了地勘行业共同的心声:地勘行业要坚持生态保护优先,努力做先进理念的领跑者;要坚持推行绿色勘查,努力做建设美丽中国的践行者;要坚持依靠创新驱动,努力做保护生态和保障资源的双赢者;要坚持像保护眼睛一样保护生态环境,努力做大自然的呵护者。

    思想决定行动。据王昆介绍,当前我国已经开始从顶层设计方面规范、扶持、引领绿色勘查,不仅在《固体矿产勘查工作规范》中增加了绿色勘查的要求,还将对储量技术标准进行调整——改掉不合时宜的,提升标准过低的,增加先进适用的,鼓励创新领跑的,考虑在过渡期出台《关于在地质勘查工作中加强生态环境保护的指导意见》,以满足应急性需要。同时,在找矿突破第三阶段中从布局上对全国的找矿工作进行了调整,国家级整装勘查区全面退出自然保护区,并在矿种上更注重地热、煤层气、页岩气、石墨、锂等清洁能源和战略性新兴产业矿产的勘查。

    王昆认为,绿色勘查的核心就是把之前粗放型的勘查升级为生态型的勘查,身处其中,无论是政府部门、勘查单位、技术研发团队,都需要各司其职,积极行动。“在矿产勘查的生态化进程中,我们都是一棵树,要从自己的职责出发,摇动、推动、唤醒行业中的每一个人,共同让地质勘查走向生机盎然的绿色。”

    青海“生态立省”迫使地勘转型升级

    会上,50多位代表共同聆听了来自基层实践最鲜活的实例。

    青海省国土资源厅副厅长李志勇告诉大家,实施绿色勘查是构建和谐地勘必由之路。

    青海省地处青藏高原东北部,“三江源”地区被称为“中华水塔”,生态系统脆弱,是国家生态保护与建设的战略要地,也是重要的水源地和生态屏障,在维护国家生态安全中具重要作用。为此,青海省委省政府把生态保护作为青海省的特殊责任,提出“生态立省”战略,全力推进包括地质勘查在内的诸多工作的“生态化”。2014年,青海发布了《青海省主体功能区划》、开展生态文明先行区创建,实施国土空间利用管制,有序推进生态保护建设工程,改革生态保护制度。同时,对地勘工作过程中生态环境保护的要求也越来越高。

    显然,面对这样的情势,地勘工作不转型升级就无法持续发展。据李志勇介绍,青海绿色勘查的做法主要有三点:

    其一,优化地质矿产勘查工作部署。调整了2015年~2020年的《全省找矿突破战略行动实施方案》,优化地勘工作布局,取消整装勘查区2个、重点矿产勘查区11个,调整范围整装勘查区2个、重点矿产勘查区9个。工作重点区域调整至东昆仑、柴北缘、阿尔金等地区,原先在自然保护区核心区、缓冲区设立的探矿权、采矿权则一律退出。

    其二,分类处置涉及自然保护区的地勘项目及矿业权。除基础性、公益性调查项目外,对4宗财政出资的地勘项目全部结题并注销探矿权,退出面积221.61平方公里;从2015年起,全面停止了三江源、祁连山地区省地勘基金项目设置和商业性探矿权投放,共取消设置省基金项目27个,取消投放探矿权10个;商业性探矿权全部停止勘查活动,按照“尊重历史、稳妥有序”的原则,采用依法依规、分类处理的方式进行处置,逐步退出自然保护区。

    其三,将2016年定为“绿色勘查开发年”。共筛选安排省地勘基金绿色勘查示范项目10个,并在7个示范项目中同步开展绿色勘查专题研究,总结提升近几年地勘工作中一些好的经验和做法,探索建立绿色勘查工作管理制度及相关工作规范。

    “通过一系列措施,青海的绿色勘查理念和生态环境保护意识得到了增强。地勘单位积极开展绿色勘查,探索建立绿色勘查制度规范。各项目均建立了绿色勘查相关制度,制定了野外工作生态环境保护措施,并将环境保护工作纳入了项目日常管理工作中。”李志勇告诉大家,绿色勘查大大推动了地勘外部环境的改善,在多彩整装勘查区,地勘队伍通过草皮恢复、垃圾管理等措施,得到了当地基层政府、牧民群众的信任和支持。甚至在玉树州治多县政府“虫草采挖前,外地单位一律不得进场”的情况下,地勘单位人员、机器设备特许提前进场开展地勘工作。地方牧民对环境恢复治理非常满意,很多人已不再参加破坏草原面积测量和恢复治理验收,对地勘工作人员表示出充分的信任。

    “推进矿产资源绿色勘查开发,既是国家发展的战略需要,也是生态环境保护推动经济社会发展的客观需要,更是新常态下做好地质矿产勘查工作的现实需要,是化解矛盾、维护矿区社会稳定、推动矿产资源勘查开发持续发展的有效途径。”李志勇说。

    谁说地质勘查与生态保护之间矛盾重重?青海经验证明,只要在地勘工作中坚持做到“生态保护第一,尊重群众意愿”,地勘工作就能在新形势下获得充足的发展空间。

    “绿色”是现代地勘企业的生命线

    如果说李志勇讲述的是政府与国有地勘单位在国家高度重视生态文明建设大背景下势在必行的思考和行动,那么,西南能矿集团股份有限公司董事长李在文则阐述了现代化地勘企业在社会价值、企业责任、可持续发展等方面对绿色勘查的内在需求。

    他说,西南能矿集团是贵州省委、省政府为推进全省资源配置体制改革、加快资源优势向经济优势转化、促进矿产资源产业一体化发展而建立的省管大型国有企业。集团组建于2012年,正赶上生态文明建设的大潮,因此,其一“出生”便把生态放到了事关生存和发展的重要位置上。

    去年,按照习近平总书记去年视察贵州提出要守住“生态和发展”两条底线的要求,西南能矿集团在“十三五”规划中提出了建设“生态环保型绿色能矿、科技创新型智慧能矿、资本运营型金融能矿”的转型升级目标任务,并在今年年初启动了绿色勘查示范项目建设:从50多个勘查项目中,组织5家地质勘查单位的7个项目作为绿色勘查示范项目,开展绿色勘查。

    “我们在示范项目的实施中,十分注重地质勘查与生态环保相结合、与转型升级相结合、与扶贫帮扶相结合、与标准化机台建设相结合,在方案设计、设备选型、钻机施工全过程,坚持绿色勘查理念,全面促进地质勘查与生态环境和谐发展。”

    李在文告诉大家,通过半年来的探索,西南能矿在绿色勘查方面已经取得了初步成效。

    一方面通过最大限度减少土地使用,减少钻探工地“三废”排放,开展复垦复绿,实施节能降耗,大幅降低了对生态环境的破坏。如:优化设计合理避让林地耕地,采用浅钻代替槽探,减小对土地植被的破坏;钻探机场占地面积由平均120平方米减少到70平方米;搬迁道路用地面积仅为原大型设备的30%;在钻探工地铺设防渗土工布,搭设钢网,实现了土地零污染;工程完工后,对开挖地段按原地类进行恢复,播散草种,种植树苗,进行复垦复绿工作,复种的庄稼生机勃勃,苗木郁郁葱葱。

    另一方面,通过优化勘查方案,实施设备模块化、轻型化、集成化、信息化,大大提高了工作质量和效率,不仅提高了找矿效果,而且使勘查周期和征地、搬迁成本有所下降。

    更重要的是,得益于示范项目,西南能矿形成了《绿色勘查钻探施工机场管理办法》、《绿色勘查钻探施工现场质量管理体系》等系列制度,以及《绿色勘查技术标准》、《绿色勘查预算定额》等绿色勘查标准,相应的绿色勘查企业管理体系正在建立,使以环保、高效、和谐、法治为主要内容的“绿色发展”理念,真正成为西南能矿员工入脑入心的重要行为准则。

    李在文认为,要想在贵州能矿产业发展中当好“龙头”,西南能矿就要敢于担当、敢于创新、敢于示范带动。“有人说绿色勘查是自己给自己套上枷锁。可我们认为,绿色发展既是我们的社会责任,也是自身发展的需要。只有绿色发展,才能实现经济效益、社会效益、生态效益的统一,才能实现能矿产业的提质增效和转型升级。在我看来,绿色勘查绝不是政府强制的产物,而是企业从自身发展需要出发作出的正确选择。”

    “绿色勘查是现代地勘企业发展的生命线。”李在文坚定地表示。

    应尽快建立绿色勘查技术体系

    中国地质调查局探矿工艺研究所副所长李子章介绍了近几年该所为绿色勘查提供的技术支撑。

    他说,绿色勘查是一项系统工程,需要集成创新、综合研究采用多项技术进行解决。作为我国探矿工程技术的专业研究所,钻探工艺所组建了绿色勘查技术团队,加强了技术研发和应用示范,开展了“高原生态环境脆弱区综合钻探技术应用示范”等项目,在四川若尔盖高原和青海等生态环境脆弱区取得了很好的效果。

    同样来自探矿工艺研究所的吴金生告诉大家,目前,在探矿工程中,对环境影响较大的因素主要表现在两个方面:一是工程的实施对植被的破坏,如槽探工程、钻井基台修建、交通道路修建和物资的搬迁等;二是施工过程中,泥浆、粉尘和“三废”对环境的污染。所以,目前研究采用的技术方法也是从“减少植被破坏、降低环境污染”两个方面入手,实现绿色勘查。

    吴金生说,减少植被破坏的技术方法,主要有这样几个:

    一是“以钻代槽”,即用浅钻代替槽探,同时应用空气潜孔锤跟管取芯钻进方法,解决了常规方法效率低、在复杂地层成孔困难等问题;二是利用定向钻进技术,实现“一基多孔、一孔多支、一孔多用”,从而减少基台的数量、道路修建和物资搬迁工作,这也是中深孔钻进中实现绿色勘查有效的技术手段;三是采用模块化、轻便钻探设备及机具,便于人工搬迁和减少基台面积,为此他们还专门研制了一种轻便、多功能的履带式钻机;四是改变物资搬运方式,减少道路修建。

    降低环境污染的技术方法主要有:

    采用环保泥浆,减轻对环境的影响。对此,他们特别提倡使用生物聚合物环保泥浆体系,除具有抑制、防塌、润滑、封堵等钻探性能外,还能满足生物自然降解的特性,不破坏外界的酸碱平衡,无毒性,避免了泥浆组分以及废浆液对环境污染。

    对废泥浆进行无公害处理。对于没有回收利用价值的废浆液,禁止直接排放,现场进行三级净化无害化处理;对于有利用价值的泥浆,使用泥浆罐和管汇连接等方式实现循环利用。

    减少空气钻进粉尘的影响。如,从粉尘产生的源头进行控制,做好钻探设备连接的密封,增设孔口除尘装置,避免扬尘;对岩芯取样布设防尘罩,及时清理岩屑;在施工场地洒水,防止地面粉尘二次起扬。

    “技术创新是推动绿色勘查的不懈动力。现有的技术可以解决一部分问题,但还不成熟,要不断探索新的技术、新的方法和新的工艺,逐步形成绿色钻探技术体系。”李子章如是说。

    西南能矿建设工程有限公司董事长黄继平曾经在钻探队当了8年的队长。他认为,在地质勘查工程中实现绿色环保的目标,设计是前提,工艺是基础,设备是关键。目前,该公司作业区生态环境脆弱、人文环境复杂,而他们在施工中采用的“以钻代槽”、“定向钻探、斜孔钻探”、“一孔多支、一孔多用”等方法都取得了明显成效。同时,他们还普遍采用了模块式便携式钻机和组合式动力设备,满足了钻探孔深1000米~2000米的设计要求。

    中国地调局地科院勘探技术研究所所长张金昌表示,推广绿色勘查需要国家大力发展有效保护生态环境、提高勘查效率的技术。其中有三个关键点:深入人心的绿色理念、相应的标准和规范、持之以恒的技术创新。近几年,勘探所围绕绿色勘查研究推出了适合西部高原地区轻便钻机、高精度对接井技术等创新性成果,大大提高了钻探取芯的效率。他认为,地勘行业也需要颠覆性的创新,或许在不久的将来就会用微波、用孔内机器人代替现在的钻头钻杆,为传统地勘工作带来一系列革命性的变化。

    推进绿色勘查还需要解决诸多问题

    尽管在全国地勘行业推广绿色勘查已成为政府、行业协会和许多地勘单位、矿业企业、科研院所的共识,但一些实际的难题仍然横亘在管理者和项目实施者的面前。

    大家普遍关心的一个问题就是勘查成本的提升。

    青海省有色地勘局副局长肖积图谈到,要进行绿色勘查,就必须有生态环境方面的投入,这将直接导致勘查成本的增加。而且,现行项目预算费用标准已完全不能满足绿色勘查的需要。如高寒草甸草原植被恢复费标准为2890元/亩,实际恢复费用则达到6000元/亩左右,加之工作区道路修建和为当地群众修建道路始终未纳入预算标准,大部分均需要从其他经费中支出,致使地勘单位负担较大。

    青海省这几年的探索实践表明,成本与以往相比大概会高于10%。肖积图希望一方面基层单位积极提高自身的技术水平和管理水平,降低绿色勘查的成本;另一方面,政府相关部门调研,按照实际情况研究提高勘查预算的标准。

    “企业都是要追求最大利益的。在目前法律法规没有明确要求的情况下,勘查成本的加大已成为许多地方商业性矿产勘查工作难以推进的重要因素。”李志勇这样认为。

    另一个问题是国家层面绿色勘查标准的缺失。

    对此,青海省有色地勘局地质矿产勘查院总工程师王凤林结合实际工作举例说明。比如,除近几年颁发的钻探类几项规范规程对环境保护有较具体要求外,大多数现行标准未有环境保护方面的要求,地质勘查中及结束后的地质环境恢复治理与土地复垦的相关要求,也没有纳入《矿山地质环境保护与治理恢复方案编制规范》中。再比如,现有相关勘查技术规范中没有纳入绿色勘查的诸多新方法、新技术,也没有增加“以钻代槽”等绿色环保施工内容,无法计算资源量。他希望国土资源部在向全国推广“绿色勘查”的同时,应组织专门力量开展不同地区、不同地貌环境下绿色勘查方法技术系统研究,编制绿色勘查规程,为绿色提供技术支持。

    “国土资源政府部门将围绕生态文明建设做好服务工作,帮助地勘行业尽快适应环境、法律、市场的最新要求。而地勘行业的每一个人,也要行动起来,在各自的实践工作中播撒绿色的种子。”王昆呼吁,“推进绿色勘查,我们不要等待,不要嫌小,不要照搬,更不要心急。相信在中国,地质勘查的绿色时代终将来临。”

    播撒绿色勘查的种子