“向地球深部進軍”是新時期地質科技創(chuàng)新的重要戰(zhàn)場。作為我國第一家探礦工程應用技術研究所，自然資源部中國地質調查局勘探技術研究所是目前我國從事探礦工程和巖土鉆掘應用技術研究規(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，集中力量攻關地球深部探測技術裝備難題，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研究所近年來取得的優(yōu)秀成果，了解深地探測技術裝備發(fā)展之路。
復雜地層取心技術在多金屬礦區(qū)應用取得突出效果
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鍵技術裝備聯(lián)合研發(fā)及示范”項目，勘探技術所開展了復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，保證巖心采取質量;同時，研制了低摩阻巖心管，對其內壁進行硬化及光滑處理，對于復雜地層易出現(xiàn)的巖心卡堵、回次進尺短等技術難題，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)開展了示范應用，有效保證了上述復雜地層巖心采取質量，平均巖心采取率達到98%以上。
5000米智能地質鉆探技術裝備研發(fā)及應用示范
2019年3月9日，D13地熱探采井施工在保定市容城縣大河鎮(zhèn)南文營南收官，完成鉆深2506.14m。此次施工采用了勘探技術研究所牽頭實施的國家“十二五”863課題“4000m地質巖心鉆探成套技術裝備”成果——交流變頻電驅動4000m鉆機(XD-40型)，在成功助力雄安新區(qū)地熱資源調查的同時，為該所牽頭“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目“5000米智能地質鉆探技術裝備研發(fā)及應用示范”的立項與研究打下了堅實技術基礎。
一年多來，該項目在頂層設計方面形成10項主要共識，確定了5000m的鉆孔結構、套管程序，對鉆孔環(huán)空水力學、鉆桿強度、鉆孔穩(wěn)定等進行了分析，制定了5000m鉆機的主要技術參數(shù)、總體技術方案、整機布局及傳動設計。技術人員通過設計數(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計、模型仿真、材料選型;創(chuàng)新開展沖洗液護壁技術、凝膠與納米水泥復合堵漏技術以及生物破膠等廢棄沖洗液無害化處理技術研究，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地質特深孔巖心鉆探技術與裝備體系，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勘探裝備和技術基礎。
天津東麗湖深部地熱勘探創(chuàng)多項鉆探紀錄
2017以來，中國地質調查局在天津東麗湖地區(qū)部署了兩眼采灌地熱參數(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，地熱鉆探創(chuàng)天津地區(qū)地熱井的多項鉆探紀錄。
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)質范例。該井創(chuàng)造了天津地區(qū)2018年地熱井鉆探的最深記錄;創(chuàng)造了地熱井霧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。
兩眼地熱參數(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，為后期建立華北地熱科研創(chuàng)新基地和采灌對井試驗研究奠定了基礎。
創(chuàng)新平臺建設結碩果
1.獲批“河北省大口徑巖土鉆掘技術創(chuàng)新中心”，標志著勘探技術所巖土鉆掘技術正式納入省級建設序列。
2019年8月15日，河北省科學技術廳發(fā)布《關于2019年擬新建省級研發(fā)平臺的公示》，勘探技術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創(chuàng)新中心”通過論證并完成公示。
該中心是開展共性關鍵技術研發(fā)、技術集成、科技成果轉移轉化、技術服務、技術創(chuàng)新人才聚集培養(yǎng)、面向社會開放的技術創(chuàng)新平臺，擬研究和解決的共性關鍵技術包括大口徑無循環(huán)入巖技術、大口徑無循環(huán)全套管施工技術、大口徑無循環(huán)擴底技術，旨在構建河北省大口徑巖土鉆掘工程技術產(chǎn)學研平臺，優(yōu)化行業(yè)研究資源，改善大口徑巖土鉆掘工程技術研究條件，擴大與同行間的交流合作，提升河北省地質調查行業(yè)巖土鉆掘工程技術整體水平。
2.“中國地質調查局深部地質鉆探技術研究中心”通過周期評估。
11月24日，“中國地質調查局深部地質鉆探技術研究中心”通過了中國地質調查局組織的評估。
該中心以深部資源能源勘查和科學研究需求為導向，重點開展鉆探工藝器具、技術、設備等的系統(tǒng)研究，加快新技術、新方法、新工藝、新設備的應用與示范，促進我國地質鉆探技術水平迅速提升。
2016年以來，發(fā)表論文73篇;獲得國家知識產(chǎn)權局授權專利39項，其中，發(fā)明專利9項、實用新型專利30項;獲得國土資源科學技術獎一等獎1項、二等獎3項。同時，舉辦學術交流會、鉆探新技術培訓班、學術論壇等10余次。
科學普及方面，《中國礦業(yè)報》以通欄專版形式介紹鉆探技術與裝備;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“中國地質調查局定向鉆井技術創(chuàng)新中心”，已通過局黨組會審議。
定向鉆井技術是支撐海域天然氣水合物、干熱巖、深層地熱、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的核心關鍵技術。為貫徹落實黨中央國務院關于提高能源資源安全保障、精心服務生態(tài)文明建設等重要指示精神，迫切需要攻克定向鉆井技術與裝備及其工程應用中的重大技術瓶頸問題，打破國外技術壟斷，實現(xiàn)“產(chǎn)、學、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，勘探技術研究所和廣州海洋地質調查局聯(lián)合提出“中國地質調查局定向鉆井技術創(chuàng)新中心”建設方案。
4.參與申報“國家關鍵礦產(chǎn)綠色勘查開發(fā)技術創(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)保鉆探關鍵技術研究，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，解決了諸多關鍵技術難題，如海底井口泥漿液位識別技術、泥漿循環(huán)自動監(jiān)控系統(tǒng)、系統(tǒng)水下設備研發(fā)等，為我國海洋勘查及大洋鉆探等提供了低成本環(huán)保鉆探技術支撐。
松科二井大口徑長鉆程取心技術助力新疆瑪頁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險探井，目的是探索瑪湖凹陷北斜坡帶二疊系風城組頁巖油和常規(guī)高孔火山巖油藏重大勘探領域的勘探潛力，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，設計井深4950m，設計取心275m，設計取心工期125天。
為解決地層巖心易堵、易磨耗等鉆探技術難題，提升鉆進效率和取心質量，勘探技術所受委托開展了該井取心鉆進的技術服務工作。最終，技術人員連續(xù)取心進尺445.58m，巖心采取率97.96%，用設計48.8%的時間完成了162%的取心工作量，獲取目的(風城組)大量含油巖心，助力該井在二疊系風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，展示了中國地質調查局系統(tǒng)大口徑取心鉆探的技術實力，開啟了將科學鉆探創(chuàng)新技術運用至我國能源勘探領域的大門，有望持續(xù)為我國油氣勘探提供技術支持。
鉆孔重返系統(tǒng)
大洋鉆探是研究地殼構造及大洋底部礦產(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。由于鉆探船會隨風、浪、流等漂移，加之鉆桿有幾千米長，鉆孔重返技術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鍵技術難題。
勘探技術研究所根據(jù)中國地質調查局“深海”技術攻關的重點工作要求，在國內率先立項研究深海鉆探鉆孔重返系統(tǒng)，主要研究內容包括：鉆孔重返位工藝適用性分析、鉆柱偏移控制技術研究、鉆孔重返位技術方案研究、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，勘探技術所鉆探技術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標準5項，其中，《地質巖心鉆探鉆具》(GB/T16950-2014)等國家標準1項(鉆探行業(yè)唯一頒布的國家標準)，《地質巖心鉆探規(guī)程》(DZ/T 0227-2010)、《定向鉆探技術規(guī)程》(DZ/T 0054-2014)等行業(yè)標準4項;通過地質勘查分技術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。
