2016年探礦工程十大新聞

本刊編輯部

2016年探礦工程十大新聞

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一、祁連山凍土天然氣水合物試采工程成功進(jìn)行了開(kāi)采試驗(yàn)

由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局勘探技術(shù)研究所承擔(dān)的我國(guó)祁連山凍土天然氣水合物試采技術(shù)與工程2016年完成了三井地下水合物層水平定向?qū)邮┕ぃ⒊晒M(jìn)行了開(kāi)采試驗(yàn)。該項(xiàng)凍土層水平定向?qū)泳┕ぜ伴_(kāi)采試驗(yàn)施工工程是國(guó)內(nèi)外首次在高寒、高海拔小曲率半徑進(jìn)行三井地下水平對(duì)接并進(jìn)行凍土天然氣水合物開(kāi)采試驗(yàn)的工程。項(xiàng)目組利用“慧磁”中靶定向?qū)蛹夹g(shù)在兩井之間只有310 m距離的兩井之間實(shí)現(xiàn)地下340 m準(zhǔn)確對(duì)接，水平定向?qū)泳竭_(dá)目標(biāo)點(diǎn)的位置差僅有20 cm。

由于采用水平定向?qū)鱼@進(jìn)技術(shù)使得水合物層在地下連通，大大提高了凍土天然氣水合物的開(kāi)采效率，連續(xù)試采排空試燃23天，開(kāi)采氣量1078 m3。達(dá)到了降壓及加熱開(kāi)采的目的。利用水平定向?qū)泳@進(jìn)技術(shù)水合物層地下大面積連通，增加水合物釋放自由度，提高開(kāi)采效率和經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義，在國(guó)內(nèi)外屬于首次。

二、松科二井四開(kāi)順利完井，井深達(dá)5922.58 m，2016年度取得豐碩成果

11月25日，由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局勘探技術(shù)研究所承擔(dān)的松遼盆地科學(xué)鉆探“松科二井”井深達(dá)5922.58 m，四開(kāi)?216 mm取心進(jìn)尺1380.34 m，獲取巖心1285.13 m，采取率95.23%。超額完成年度設(shè)計(jì)深度5800 m的任務(wù)目標(biāo)，同時(shí)完成了高溫井段的測(cè)井、錄井、固井工作，四開(kāi)已順利完井。

“松科二井”四開(kāi)于2016年3月30日開(kāi)鉆，6月19日超越我國(guó)大陸“科鉆一井”(CCSD-1)工程5158 m的終孔深度，成為亞洲科學(xué)鉆探工程第一深度，也是自國(guó)際大陸科學(xué)鉆探計(jì)劃組織(ICDP)成立以來(lái)，全世界最深的大陸科學(xué)鉆探工程?！八煽贫彼拈_(kāi)鉆井工程，繼續(xù)沿襲長(zhǎng)鉆程取心鉆進(jìn),在?216 mm井段實(shí)現(xiàn)了“同徑取心、一徑完鉆”，并在三筒聯(lián)裝的基礎(chǔ)上繼續(xù)擴(kuò)大成果，創(chuàng)造了四筒聯(lián)裝單回次取心鉆進(jìn)超過(guò)40 m的世界紀(jì)錄。

此外，2016年度取得的成果還有：研制完成?178 mm常規(guī)渦輪鉆具、?108 mm投入式繩取渦輪鉆、?194 mm中空繩取渦輪鉆，渦輪鉆取心實(shí)驗(yàn)獲得初步成果；開(kāi)展了大口徑繩索取心鉆具的研制及應(yīng)用研究；在抗高溫鉆井液體系研究及應(yīng)用方面，四開(kāi)采用了抗210 ℃鉆井液體系，順利完成了全部的鉆進(jìn)、測(cè)井施工，未發(fā)生因鉆井液?jiǎn)栴}導(dǎo)致的井下復(fù)雜情況；高溫高壓隨鉆測(cè)溫技術(shù)進(jìn)展順利，獲得了鉆進(jìn)時(shí)全回次的鉆井液循環(huán)溫度曲線，有效地指導(dǎo)了抗高溫螺桿馬達(dá)及鉆井液體系的應(yīng)用，也為高溫固井提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

吉林大學(xué)自主設(shè)計(jì)的“地殼一號(hào)”萬(wàn)米鉆機(jī)也在“松科二井”5900多米井深的試驗(yàn)中驗(yàn)證了其性能的可靠性?！暗貧ひ惶?hào)”鉆機(jī)擁有一套自動(dòng)化鉆井裝置——自動(dòng)擺排管裝置、自動(dòng)擰卸裝置、自動(dòng)錨道裝置等，還有國(guó)內(nèi)最大一臺(tái)全液壓頂驅(qū)裝置，在國(guó)內(nèi)超深鉆機(jī)方面處于領(lǐng)先的地位。

三、南黃海大陸架科學(xué)鉆探全取心第一深井——CSDP-2井順利終孔

山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院承擔(dān)施工的南黃海大陸架科學(xué)鉆探CSDP-2孔順利竣工。CSDP-2孔于2015年3月29日正式開(kāi)鉆，于2016年9月13日結(jié)束，歷時(shí)530余天，終孔孔徑98 mm，孔深2843.18 m，全孔巖心采取率97.7%。

CSDP-2鉆孔是我國(guó)南黃海中部隆起全取心鉆探第一孔，不僅在地質(zhì)上首次揭示了南黃海中古生界碳酸鹽中油氣的存在的多項(xiàng)成果，在海洋鉆探施工方面還獲得了海洋地球科學(xué)鉆探全取心孔深世界之最的記錄。另外，自主研發(fā)的多功能海洋鉆探平臺(tái)，使鉆探成本降為同功能石油鉆探平臺(tái)的1/10。多項(xiàng)新取心技術(shù)在鉆探施工上的應(yīng)用，使取心率遠(yuǎn)超同行業(yè)水平。

四、“第四屆探礦工程學(xué)術(shù)研討會(huì)”在成都隆重召開(kāi)

主題為“環(huán)境·生態(tài)·資源——探礦工程服務(wù)民生新戰(zhàn)場(chǎng)”的“第四屆探礦工程學(xué)術(shù)研討會(huì)”2016年10月15—18日在四川成都舉行。

會(huì)議由《探礦工程(巖土鉆掘工程)》編輯部、地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院、2011計(jì)劃-地質(zhì)災(zāi)害防控協(xié)同創(chuàng)新中心聯(lián)合主辦，成都捷豐展覽展示服務(wù)有限公司承辦。來(lái)自全國(guó)地勘、有色、冶金、煤炭等系統(tǒng)的280余位代表參加了會(huì)議，會(huì)議規(guī)模盛大。

我國(guó)地質(zhì)工作的重點(diǎn)正在進(jìn)行戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)移，鉆探技術(shù)(巖土鉆掘技術(shù))的服務(wù)領(lǐng)域也在隨之發(fā)生變化，從地質(zhì)礦產(chǎn)勘查的主戰(zhàn)場(chǎng)逐漸轉(zhuǎn)向服務(wù)民生的新戰(zhàn)場(chǎng)，地質(zhì)災(zāi)害治理和環(huán)境保護(hù)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、土壤和礦山生態(tài)恢復(fù)、非常規(guī)能源的勘采等領(lǐng)域，探礦工程技術(shù)將發(fā)揮不可或缺的重要作用。本屆研討會(huì)梳理了以往在這些領(lǐng)域所取得的成果和經(jīng)驗(yàn)，找出了存在的問(wèn)題，探討了下一步需要研究和攻關(guān)的課題，對(duì)于整個(gè)行業(yè)適應(yīng)這種轉(zhuǎn)變、在困境中謀求新的發(fā)展機(jī)遇有著積極的意義。

五、國(guó)內(nèi)首次大口徑鉆孔救生成功，鉆探技術(shù)顯神威

2016年1月29日22時(shí)48分，在山東平邑“12·25”石膏礦坍塌事故發(fā)生36天后，被困井下的4名礦工，通過(guò)大直徑救援鉆孔成功獲救。這是我國(guó)大口徑鉆孔救援成功的首例、也是世界上的第三例，創(chuàng)造了礦山事故救援的范例，在礦山救援史上具有里程碑意義。

國(guó)內(nèi)礦山救援成功案例幾乎都采用了井下救援的巷道掘進(jìn)方式，但在平邑石膏礦坍塌事故救援現(xiàn)場(chǎng)，大口徑鉆機(jī)打孔救援方案成為唯一可行的辦法。在大口徑鉆機(jī)開(kāi)鉆之前，救援人員先打通小口徑的“保命孔”，向井下投放食物和飲水。

大口徑鉆機(jī)打孔救援方式在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成功先例，全球范圍內(nèi)也只在美國(guó)賓夕法尼亞州魁溪煤礦礦難和智利圣何塞銅礦礦難上成功過(guò)。為確保萬(wàn)無(wú)一失，救援指揮部調(diào)集了3臺(tái)施工口徑超過(guò)700 mm的鉆機(jī)投入作業(yè)，24 h不間斷施工。事故礦區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件給大口徑救援孔的施工帶來(lái)了極大的困難。從地表至井下巷道頂板220 m，灰?guī)r層、砂巖層、石膏層和石灰?guī)r交替出現(xiàn)，坍塌造成地質(zhì)不均多次導(dǎo)致鉆頭打偏，鉆孔過(guò)程中頻繁掉落的石塊也經(jīng)?？ㄗ°@頭。鉆孔過(guò)程經(jīng)過(guò)“一波三折”，最終順利貫通。

此次搶險(xiǎn)救援，地質(zhì)鉆探技術(shù)發(fā)揮了特殊的優(yōu)勢(shì)，為搶救被困人員起到了關(guān)鍵性的作用。

此外，2016年7月4日23時(shí)，河南省煤田地質(zhì)局豫中地質(zhì)勘察工程公司在山西沁水中村煤業(yè)公司“7.2”透水事故救援中，精心組織，制定了科學(xué)的施工方案，采用空氣正循環(huán)鉆井工藝，快速完成了直徑215.9 mm、井深114 m的生命通道，為成功營(yíng)救被困礦工贏得了寶貴的時(shí)間，最后，被困井下120多個(gè)小時(shí)的8名礦工成功獲救。

六、青海省共和縣恰卜恰鎮(zhèn)干熱巖資源勘查GR1井施工進(jìn)展

由青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院組織實(shí)施、山東省魯北地質(zhì)工程勘察院負(fù)責(zé)施工的青海省共和縣恰卜恰鎮(zhèn)干熱巖資源勘查GR1號(hào)井鉆探施工項(xiàng)目，設(shè)計(jì)孔深4000 m，于2016年11月上旬進(jìn)行了井底測(cè)溫，在孔深3600 m時(shí)溫度達(dá)204 ℃，2016底已鉆至孔深3705 m，目前正在順利實(shí)施中。

該鉆孔是目前國(guó)內(nèi)深度最深、溫度最高的干熱巖鉆井，施工過(guò)程中，在鉆具組合、高溫泥漿及高溫泥漿堵漏、超高溫測(cè)井技術(shù)、高溫防噴技術(shù)方面分別做了相關(guān)研究。采用了高溫螺桿復(fù)合鉆進(jìn)工藝及復(fù)合鉆進(jìn)取心工藝，大大提高了鉆效和巖心采取率，并在鉆進(jìn)取心過(guò)程中使用了新型渦輪鉆具，取得了較好的效果，為今后施工同類干熱巖項(xiàng)目奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)并做了相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備。

七、第32次南極科學(xué)考察隊(duì)在昆侖站冰芯房鉆取出一支長(zhǎng)3.55 m的深冰芯

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2016年1月5日，中國(guó)第32次南極科學(xué)考察隊(duì)昆侖隊(duì)在昆侖站的冰芯房鉆取出一支長(zhǎng)3.55 m的深冰芯，這是本次考察隊(duì)鉆取出的第一支深冰芯。中國(guó)南極深冰芯科學(xué)鉆探是國(guó)際上第一個(gè)在Dome A地區(qū)開(kāi)展的深冰芯鉆探項(xiàng)目，Dome A地區(qū)是目前已知地球上溫度最低、年降雪積累率最小的地方，成為國(guó)際科學(xué)家公認(rèn)的最有可能獲取達(dá)百萬(wàn)年尺度古老冰芯的希望之地。深冰芯記錄的古氣候環(huán)境信息是研究地球系統(tǒng)氣候變化機(jī)制的基礎(chǔ)，而地球氣候系統(tǒng)自然變化規(guī)律的探尋是評(píng)估人類活動(dòng)對(duì)地球氣候系統(tǒng)影響程度的基本前提。目前，我國(guó)已經(jīng)在昆侖站鉆取了650多米深冰芯，這不僅刷新了我國(guó)深冰芯鉆探記錄，同時(shí)使我國(guó)鉆探人員積累了豐富的冰芯鉆探經(jīng)驗(yàn)。深冰芯樣品將被妥善運(yùn)回國(guó)內(nèi)進(jìn)行物理化學(xué)分析，進(jìn)而開(kāi)展100多萬(wàn)年時(shí)間尺度內(nèi)的全球變化研究，針對(duì)古氣候研究前沿課題進(jìn)行攻關(guān)研究。

八、膨脹套管技術(shù)在頁(yè)巖氣井和大斜度孔中成功應(yīng)用

2016年6月24日，由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所自主研發(fā)的鉆孔“支架”修復(fù)技術(shù)——“膨脹套管護(hù)壁技術(shù)”在廣西柳州地區(qū)頁(yè)巖氣地質(zhì)調(diào)查井工程雒容1井1470 m孔深處成功護(hù)壁。廣西柳州地區(qū)頁(yè)巖氣地質(zhì)調(diào)查井工程雒容1井在鉆至1470 m處白云巖與泥巖過(guò)渡處，發(fā)生了嚴(yán)重縮徑坍塌孔內(nèi)事故，在調(diào)整泥漿未取得效果后采用水泥封堵處理，共7次注入水泥均未取得較好效果，3個(gè)月無(wú)法正常作業(yè)。最后采用膨脹波紋管護(hù)壁技術(shù)，僅用了6天即成功對(duì)該縮徑坍塌孔段進(jìn)行了護(hù)壁，避免了鉆孔的報(bào)廢。

本次施工是膨脹套管護(hù)壁技術(shù)在頁(yè)巖氣井孔的首次應(yīng)用。此次膨脹套管技術(shù)的成功應(yīng)用，驗(yàn)證了膨脹套管護(hù)壁技術(shù)在解決不同類型井孔的復(fù)雜孔內(nèi)事故的高效性和可靠性，標(biāo)志著該技術(shù)正式進(jìn)軍頁(yè)巖氣鉆探領(lǐng)域。

此后，膨脹波紋管護(hù)壁技術(shù)又在山東西嶺礦區(qū)ZK92-7號(hào)鉆孔護(hù)壁中應(yīng)用成功。ZK92-7號(hào)鉆孔設(shè)計(jì)孔深1600 m，設(shè)計(jì)終孔口徑75 cm，設(shè)計(jì)孔斜13°，實(shí)測(cè)孔斜20°。該孔在施工到1217.1 m處遇到近2 m長(zhǎng)的風(fēng)化破碎巖段，并伴隨有嚴(yán)重的涌水，繼續(xù)施工至1293 m，孔內(nèi)的掉塊涌水現(xiàn)象加劇，無(wú)法正常施工。采用膨脹套管護(hù)壁技術(shù)成功對(duì)該事故段位進(jìn)行了封堵，恢復(fù)了正常鉆進(jìn)作業(yè)。

至此，由勘探所自主研發(fā)的膨脹波紋管護(hù)壁技術(shù)已成功攻克了地質(zhì)鉆探超深井護(hù)壁、長(zhǎng)距離連續(xù)護(hù)壁、頁(yè)巖氣井護(hù)壁、大斜度鉆孔護(hù)壁等關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)的全面應(yīng)用也為我國(guó)的地質(zhì)鉆探事故處理提供了更加可靠的技術(shù)保障。

九、大直徑組合式加重管繩索密閉取心鉆具在頁(yè)巖氣勘探鉆進(jìn)中獲得成功，創(chuàng)國(guó)內(nèi)?152 mm口徑繩索密閉取心鉆探2328.18 m最深紀(jì)錄

由安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì)探礦工程技術(shù)研究所研制的大直徑組合式加重管繩索密閉取心鉆具，在安徽省頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)有限公司所屬的浙江省臨安頁(yè)巖氣勘探區(qū)塊LC01井中進(jìn)行試驗(yàn)，一舉獲得成功，該孔于2016年1月30日終孔，終孔深度2328.18 m，創(chuàng)?152 mm口徑繩索密閉取心最深紀(jì)錄。

該鉆具是將?114 mm普通繩索取心鉆桿連接?150 mm加重管及鉆具和?152 mm特殊鉆頭的組合方式，同時(shí)將繩索取心內(nèi)管總成設(shè)計(jì)為密閉取心結(jié)構(gòu)，解決了大直徑繩索取心孔底加壓和頁(yè)巖氣不提鉆密閉取心保氣、防污染技術(shù)難題。該組合鉆具不僅具有孔底加壓、繩索密閉取心功能，而且具有鉆具工作穩(wěn)定、保直防斜、鉆孔環(huán)空間隙大、沖洗液上返阻力小等特點(diǎn)，完全滿足頁(yè)巖氣勘探鉆探技術(shù)要求。本技術(shù)已獲得國(guó)家專利。

LC01井采用北京探礦工程研究所研制的TDQ-3000型變頻永磁電動(dòng)直驅(qū)式頂驅(qū)鉆機(jī)施工，在頁(yè)巖地層中鉆進(jìn)最高時(shí)效達(dá)3.2 m，平均時(shí)效1.0 m，繩索密閉取心成功率達(dá)100%，密閉取心成本僅為石油鉆井密閉成本的10%，鉆孔孔斜率與同一區(qū)塊采用常規(guī)繩索取心鉆進(jìn)的鉆孔相比由1.1°/100 m降低至0.2°/100 m,取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，為大直徑深孔繩索密閉取心鉆探(井)技術(shù)的拓展起到了很好的指導(dǎo)和啟示作用。另外，安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì)承擔(dān)的“頁(yè)巖氣勘探鉆探關(guān)鍵技術(shù)方法研究”項(xiàng)目已被安徽省列入省重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃。

十、覆蓋層鉆探新方法——空氣潛孔錘取心跟管鉆進(jìn)技術(shù)研發(fā)成功

覆蓋層是指覆蓋在基巖之上各種成因的松散堆積物和沉積物，采用常規(guī)的回轉(zhuǎn)取心鉆進(jìn)方法鉆進(jìn)，普遍存在鉆進(jìn)效率較低、巖心采取質(zhì)量較差等問(wèn)題，不僅影響地質(zhì)勘查進(jìn)度，還影響地質(zhì)勘查的客觀評(píng)價(jià)。長(zhǎng)期以來(lái)，業(yè)界從各種泥漿護(hù)壁工藝入手，期待解決孔壁垮塌和取心難題，但收效甚微。

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所針對(duì)覆蓋層鉆孔易垮塌、巖心松散易被泥漿沖失和鉆孔漏失等鉆進(jìn)技術(shù)難題，加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，從保護(hù)孔壁和保護(hù)巖芯入手，采用空氣鉆進(jìn)原理，將常規(guī)的回轉(zhuǎn)取心鉆進(jìn)方法與潛孔錘跟管鉆進(jìn)優(yōu)化組合，形成了一種有效的覆蓋層鉆探新方法——空氣潛孔錘取心跟管鉆進(jìn)技術(shù)，既有效提高了鉆探效率，又大大提高了取心質(zhì)量。

該方法采用空氣作為沖洗和冷卻介質(zhì)，不需要液態(tài)介質(zhì)(泥漿)，對(duì)地層穩(wěn)定性無(wú)影響，不會(huì)產(chǎn)生滲漏污染地層和地表，并且施工場(chǎng)地占地面積較小，鉆孔施工周期短，對(duì)地表植被影響較小，地表植被容易恢復(fù)，是一種環(huán)保、優(yōu)質(zhì)、高效、成本合理、實(shí)施更容易的鉆進(jìn)方法，為“綠色鉆探”的淺層鉆探提供了有效的技術(shù)支撐。