Question

地质钻探领域面临的工程技术保障问题

Answer 1

20世纪80年代末、90年代初前苏联曾完成了大量的地质勘探岩心钻探工作量，达1800万～2400万米/年。当时无论是钻进方法、岩矿心采取，还是钻探工具和设备的水平与品种都不亚于世界水平。在硬质合金钻探、小直径无岩心钻进、软岩水力反循环连续取心、井底液动锤、绳索取心、直接获取地质信息的无线测井技术等方向上，前苏联的钻探技术水平还超过了国际水平。俄罗斯首先研制成功用直流和交流电驱动的无级调速钻机，大部分钻探现场都配备了可调节和保持合理钻探规程的监测仪器，开发了实现钻进工程最优化和自动化的设备，定向钻进和多孔底钻进技术也得到了很大程度的发展。

上述成果的特点是应用领域专门化，服务的面较窄，瞄准的是主要地质局所属的工作量大的钻探队，主要适合于它们所在地区的任务和地质条件。当年地质部的平均钻速曾达600～800米/台·月。单台钻机的年进尺平均3000米，而有些钻进方法，例如水力反循环连续取心在适于野外作业的季节里进尺量可达25000～30000米。俄罗斯地质钻探的平均技术经济指标实际上不低于国外水平。当时地质部面临的所有地质业务都是用国内钻探技术去解决的，从20世纪50年代开始就没有用过国外技术。

当然，俄罗斯在全液压钻机、移动式动力头、高强度钻杆、长寿命金刚石钻头和钻探设备与工具的成套性、互换性等方面还存在着不足。尤其在复杂地质技术条件下的钻进技术和难进入地区的钻探设备运输问题，还有待深入研究。

我们认为，从下述几个方面去改善提高地质钻探工艺与技术，是今后科技进步的主要方向，是发展矿物原料基地所需的关键技术：

（1）进一步发展和改进双管取心取样钻探工艺和技术，只有在保证取心（样）率的条件下才可能实现钻探现场的快速多元分析技术，用地球化学方法和自动数据处理方法在现场得出矿物原料的预测评价。

（2）进一步改进无岩心钻进的技术装备，包括研制新型全面钻头和在回转钻头上叠加冲击脉动的技术，为测井设备在现场直接研究地层创造条件。

（3）通过开发新型钻探机具与工艺，提高钻探设备对各种钻进方法的通用性，改善钻探设备在不同使用条件下的运输方便程度，来大幅度提高大面积地质调查和环境填图工作的效率。这里涉及的新技术、新工艺包括：孔底换钻头技术，与金刚石钻探配合使用的空心螺旋钻具，能从钻杆柱和空心螺旋钻具中打捞岩心（样）的双管钻具等。

（4）为低品位矿区（贫矿区）的地质勘探工作研究适合的地质技术方法与钻探取样机具。

（5）研制用于1000米以内钻孔的无塔提升钻杆的钻探设备，采用双层管或空心螺旋钻杆的空气钻进技术及其装备，跟管钻进技术，研制方便运输的（取代雪撬形底座）可移动式钻探设备，能用于固体矿产勘探及石油天然气普查的绳索取心钻进工艺与设备，尽量减少钻探作业对生态环境的损害。

目前俄罗斯自然资源部地质勘探单位每年完成的固体矿产和水井钻探工作量约为120万～140万米。此外，还有大量合同钻探工作量。据估计用于计划外合同钻探工作量的钻机需要600～800台。据问卷调查获得的数据表明，为了有效地完成地质工作任务每年的钻探工作量应达200万～250万米左右，因此还需适当增加开动的钻机台数。但是目前开动的钻机总数只有700台左右，而且其中80%以上的设备处于带病工作的状态。钻探队使用的设备均是国产设备。随着今后钻探队伍的扩大和技术设备的更新需要，预计不同孔深的钻探工作量所占的比例为：100米以内的钻孔占45%，300米以内的占24%，500米以内的占17%，超过500米的占14%。

分析表明，现代钻探技术装备在以下指标方面还不能适应地质勘探的任务和条件：

·考虑到损耗的因素，钻探设备总量不足。

·可完成300米以深钻孔，又具有一定超载能力和较大质量的钻机数量不足。

·缺乏可拆卸式，方便运往难进入地区的钻机类型和可在各种运输底座上安装的钻探设备。

·缺乏可组合应用不同钻机方法以适应各种地质-技术条件和斜孔钻进的技术设备。

综上所述，为了完成联邦急需的地质调查工作，我们必须研发用于50米、100米和300米孔深的模块化、可卸式液压动力头钻机，以取代现在使用的笨重老式钻机。新一代钻机应组合应用各种先进的钻探工艺（绳索取心、水力输送岩心工艺），能打斜孔，能采用不同的驱动方式，能借助任何运输方式运输，包括直升飞机，能在各种运输底座上安装动力头。还应提高设备的标准化水平，应用远距离过程控制技术改进钻机的驱动和控制系统，研制司钻智能辅助操作系统（信息处理与操作系统）等。

为了与岩心钻机配套还应提高泵的产量，开发升降作业机械化的机具，生产配套的钻塔。改进用于不同条件下的金刚石钻头，大幅度提高工作寿命，用于绳索取心钻进的钻头寿命应接近国外钻头的水平。

对于水文地质钻探有前景的技术是可用于传统钻机的移动式回转头，可用于液动冲击钻进、气液混合钻进的双层钻杆（双管中心通道输送液体以驱动冲击器，而环状通道送气，在专用混合器中气液混合再向下去清洁孔底）。钻探工艺既要提高生产效率，保证水井的自然出水量和生态安全，又要简化钻孔结构，降低金属耗量。对于工程地质和地质环境调查而言，合理的钻探方法是用带绳索取样器（取土样和水样）的空心螺旋钻杆。

进入20世纪90年代中期以来，钻探工作量急剧萎缩，地质勘探机构的财政状态恶化使形势突变。由于钻探工作量靠以前库存的设备就可完成，所以对技术装备的需求量降到了最低点。钻探设备生产厂家进入了破产的境地。幸好前苏联时期形成的科技优势并没有完全丧失，近几年进行的科研和设计工作不仅克服了不足之处，而且还使钻探技术水平有所提高。

对“地质技术”专业设计局进行的调查表明，现在国产的钻杆强度和寿命比国外产品高40%～80%。而国外产品的价格（同等长度）却高出20%～50%，专用管材（用于水力输送岩心的钻杆）则高出2倍。据地质勘探单位提出的需求量估计，钻探技术装备及工具的销售额约为800亿～1000亿卢布（按1997年价格）。如果在国外购买这些设备及工具则要花3000亿～4000亿卢布。同时今后还必须用更高的价格购买国外的备件和消耗材料，通常供货商都是用这种方式来迫使你就范的。最终，俄罗斯地质勘探队伍就只能完全依赖于外国公司。当然，在生产单位急需的特殊情况下，在某种设备国内无法生产或在短期内生产不出来的情况下还是可以购买外国设备的，但用进口设备完成的钻探工作量每年不应超过15000～20000米。

我们认为，保持国产钻探设备的科技优势与生产优势不仅对俄罗斯有利，而且也符合哈萨克斯坦、乌克兰和白俄罗斯等独联体国家的利益。

考虑到在自然资源部里没有负责地质勘探工程技术保障的部门，我们建议，应组建相应机构或对原有负责工程技术保障的机构进行重新考核登记，让它们应承担下述任务：

（1）定期分析国内外现状，提出技术要求并监督工程技术保障工作的进展。

（2）制订该领域的战略计划并协调科研与设计工作。

（3）在研究先进国外样机的基础上组织新技术新工艺的研究（设计）和试验工作。

（4）开展科技进步方面研究成果的专利申请与保护工作。

（5）组织生产厂家的试生产和新技术开发工作。

（6）调查新设备与机具的销售前景，了解需求情况并制订生产计划。

（7）组织新技术的推广，包括现场人员的培训与技术服务。

应联合科研设计单位、联邦所属制造企业、股份制和国有企业与用户的力量，协同工作，共同努力来完成上述任务。因此，有必要组建一个配套的工程技术综合中心，并命名为“俄罗斯地质工程技术中心”。中心的领导人可以是部门的总设计师（或经理）。中心应就新技术的研发、制造和推广制订战略规划，搞好组织协调，加强科研成果的专利保护，调整投资流向（包括新技术重点项目的拨款和对固定资产更新的重点投入）。

工艺技术方向的科研单位和专业设计局应研究用户的需求、国际上现代工艺技术的水平，提出科研工作的建议并根据中心的任务加以实施。科研单位和专业设计局还应参加联邦附属工厂的新技术开发和试验。中心可以技术入股的形式与已实现股份制的工厂合作。部门的科研所和专业设计局可与工厂的设计机构共同研发新技术，改进传统设备。

对于执行联邦重要任务的生产单位，也可在相关单位基础上建立地方性的地质勘探技术（实验室技术）开发和服务中心，以取得更圆满的效果。