中国地质调查局勘探技术所建所六十周年科技成果一览

地质钻探装备与技术研发的领航者

—— 中国地质调查局勘探技术所建所六十周年科技成果一览

我国资源勘探有着广阔的发展空间，先进的地质钻探装备、方法、技术一直是全行业的不懈追求。中国地调局勘探技术所作为局直属技术支撑机构，是我国地质钻探装备与技术理论研发的领航者，其开发的一系列产品及研究形成的技术在实践中得到广泛应用。

“自1957 年成立以来，我们通过引进消化吸收再创新、集成创新、原始创新，累计完成重要科研成果500多项，其中，150 余项获国家、省部级以上奖励，包括国家科学技术进步一等奖1 项、二等奖2 项，国家创造发明奖和新产品奖6 项，省部级科技成果一等奖10 项、二等奖34项以及国家专利93项、中国专利优秀奖4 项。”对于勘探技术所的各项成就，该所职工如数家珍。

据了解，该所以地质钻探装备与工艺技术的研发和推广应用为核心工作，主要承担国家基础性、公益性地质调查和战略性矿产勘查中的钻掘技术发展以及新技术研究工作，同时从事地质大调查钻掘设备、器具、工艺方法的研究、技术推广和应用示范等，拥有4 项国际领先技术、1 项国际先进技术体系、2项国内领先技术装备，参与实施4 项科学钻探工程。在人才建设方面，该所现有在职职工196人，拥有高级以上职称专业技术人员62 人，国土资源部领军人才2人、百人计划人才6人、杰出青年1人，地调局优秀地质人才3人。

松科二井施工现场

四项国际领先技术

1.高精度对接连通井技术

高精度对接连通井技术可将相距数百米或上千米的井组在地下矿层连通，被誉为“钻孔地下‘导航’技术”，“慧磁”钻井中靶导向系统是该技术的核心。该系统是引导钻头钻入设定靶区的高技术测量系统，我国是继美国之后第二个拥有该项技术的国家。

该技术具有以下特点：首创低电压可充电电池供电，可用于煤矿井下等高危作业环境（美国仪器采用220V电源供电，不适应煤矿等使用）；入井探管直径和长度分别为42mm、1.4m，最小用于60mm直径钻杆（美国仪器为45mm、1.9m，最小用于73mm直径钻杆），可完成更小曲率半径的定向井。

由勘探技术所承担的土耳其BEYPAZARI天然碱矿对接井工程，是目前世界上规模最大的采用对接井水溶开采方法的钻井工程。施工人员创新设计并成功实施了双通道四靶点平行井的对接连通，真正实现了地下的“穿针引线”，已完成一至三期52对井（组）对接连通。2014年，该所作为独立承包商签订了BEYPAZARI天然碱矿钻井工程四、五期合同，总计145口井；2015年，以分包商承包土耳其KAZAN天然碱钻井工程，总计222口井。

此外，凭借“慧磁”系统的高精度，对接连通井技术可广泛应用于煤层气、地热等矿产资源的开采。山西柳林沙曲煤矿使用该系统，将地表钻进的1500m深定向水平孔与煤矿巷道内钻出的顶角为106°水平孔成功对接，实现了“点对点”的精准连通。

2.液动冲击回转钻探技术

液动冲击回转钻探技术是采用泥浆驱动液动锤为回转的钻头提供高频冲击作用，使得硬岩钻进速度和回次长度大幅增加，液动潜孔锤是该技术的核心。液动锤的研究与应用处于国际领先水平：理论创新方面，首创复合阀式原理；技术创新方面，整机零件由27个减少至12个，国际上率先利用常规泥浆驱动液动锤钻进，实现了在恶劣环境下的稳定工作，不更换零件连续工作时间由原来最长10多小时增至40小时以上，最长可达80小时。

YZX新型液动锤是中国大陆科学钻探工程一井（CCSD-1）科学钻探工程技术体系的核心，使用井深达5129m，可使钻进速度从0.74m/h提高至1.13m/h，回次长度从3.78m提高至7.90m。SYZX系列绳索液动锤在岩芯钻探领域得到了广泛应用，最大应用井深达到4006.7m（山东金矿科学钻探工程）。

3. 大口径长筒取芯钻探技术

该技术实现了“同径取芯、一径成孔”，获取的岩芯实物资料是常规方法的5倍以上；实现了“单回次超长钻程取芯钻进”，回次取芯长度是国内外同径取芯的3倍以上。

与传统取芯技术相比，该技术采用“小径取芯、大径扩孔”的方法：在Φ311mm井段施工前，需在上一级钻孔套管内下入数千米的活动套管，Φ152mm钻具钻取Φ95mm的岩芯，拔出套管后扩到Φ311mm成孔，共4道工序，回次取芯长度只有10m。

4. 小口径膨胀波纹管护壁技术

膨胀波纹管护壁技术是在局部事故孔段下入“支架”而不缩小孔径的孔壁修复技术，也被称为“钻孔的‘支架’修复技术”。勘探技术所率先研究76mm和96mm规格小口径地质钻探波纹管护壁技术（石油钻井的最小规格为132mm），填补了该技术领域的世界空白。

该技术实现了以下创新：成型工艺，研发成功了10瓣薄壁（3mm）梅花型小口径膨胀波纹管；安装工艺，采用轴向弧形胶条冷硫化粘接技术解决了小间隙下入及悬挂难题；连接工艺，突破了异型薄壁管单管长度限制，大幅拓展了应用范围。

在广西南丹孔明银铅锌矿区ZK703孔，应用该技术解决了1033m~1040.5m孔段护壁问题；在山东招远栾家河矿区ZK04号钻孔，解决了1789.5m~1810.5m孔段护壁问题。

一项国际先进技术体系

2000m以内地质岩芯钻探技术体系主要成果包括：全液压系列岩芯钻机、高钢级地质管材和高强度绳索取芯钻杆、高效液动锤、新型事故处理工具、新的钻探器具标准等五方面，整体达到国际先进水平，部分达到国际领先水平。其中，“2000m以内全液压地质岩芯钻探装备及关键器具”获2015年度国家科技进步二等奖。

系列成果得以广泛应用，累计销售钻机近800台套、高钢级地质管材3万余吨、高强度绳索取芯钻杆120余万米、液动锤1600余台套。

2000m以内系列全液压地质岩芯钻机在钻机部件、钻机结构与传感器、液压系统与液压传动理论等三方面获得18项专利，已形成YDX、CSD两个系列、20余个型号，钻进深度300~2000m，适用于金刚石绳索取芯等多种高效钻探工艺方法。该钻机在全国广泛应用，占领了我国全液压地质钻机70%的市场份额，出口到六大洲20多个国家，塑造了我国钻机的民族品牌，提升了我国钻机的国际市场地位和知名度，使我国钻机整体技术达到国际先进水平。

2000m全液压地质岩芯钻机

高钢级地质管材和高强度绳索取芯钻杆在钻杆加工工艺、薄壁管材热处理工艺等方面取得9项专利。研制成功的XJY850高钢级冷拔地质管材，性能指标达到或部分超过国际产品技术标准，生产成本仅为进口同钢级产品的60%左右。用该管材研制的大深度小直径薄壁绳索取芯钻杆，改变了我国钻杆制造落后面貌；同时，通过螺纹副优化和采用精密制造工艺等，小直径绳索取芯钻进深度由原来的1000m左右提高到2500m以深，并有望在短期内突破3500m深度，使我国由高钢级管材和高强度钻杆进口国成为出口国。

二项国内领先技术装备

1. 3500m全液压地质岩芯钻机

自主研发的YDX-6型全液压地质岩芯钻机，采用N级口径钻深可达3500m，机械化、自动化水平高。该钻机配套高精度仪表及钻参系统，能满足金刚石绳索取芯、冲击回转等深孔地质钻探工艺要求，正在深部地质找矿和油气资源调查中发挥作用。

2. 车载全液压深井钻机

SDC系列车载全液压钻机，机械化、自动化水平高，仪表及钻参系统配套齐全，能满足泥浆钻进、空气钻进等深孔地质钻探工艺要求，可用于煤层气抽采井快速钻孔、浅层油气井、抢险救援通风井以及勘探孔、物探孔、地热井、水井等的施工。

四项科学钻探工程

1.牵头实施松科二井（CCSD-SK2）工程

由中国地质调查局组织，勘探技术所牵头实施的“松科二井”是松辽盆地科学钻探计划的主体工程，是迄今亚洲实施的最深的大陆科学钻探井，设计孔深6400m，钻穿白垩系。该工程是我国第三个获得的ICDP资助的项目，也是ICDP资助的最深的科钻井。该工程于2014年4 月13日开钻，截至2017年9月20日，松科二井孔深6122.67m。

工程将实现4个目标，即开展松辽盆地深部能源资源调查、建立松辽盆地深部地层结构剖面、寻求白垩纪气候变化地质证据、研发深部探测技术；打造4个平台，即工程系统管理创新的平台、科技进步的平台、人才培养的平台、国际合作的平台。

2.承担松科一井（CCSD-SK1）主孔工程施工作业

2006年8月~2007年10月，该所承担了国家“973”计划项目——“白垩纪地球表层系统重大地质事件与温室气候变化”的松辽盆地科钻一井（松科一井）主孔钻探工程，井深1810m。该工程首次综合石油钻井技术、水文水井钻探技术、岩芯钻探技术，在复杂沉积地层中成功完成的科学钻探工程，进一步丰富了我国的科学钻探技术体系。

在大庆地区，施工人员首次取出的中生界与新生界的沙、泥层交界面。这证明此界面是一个连续的沉积界面，否定了之前普遍认为是不整合剥蚀界面的认识，对重新认识松辽盆地形成演化地质记录的完整性、研究区域重大地质事件具有重大意义。

3.为中国大陆科钻一井（CCSD-1）工程提供核心钻探技术

由国土资源部组织实施，中国地质调查局承担的国家重大科学工程，中国大陆科学钻探工程——科钻一井（CCSD-1）于2001年6月25日开钻，2005年3月完钻，井深5158m，揭示了超高压变质带的形成与折返机理，建立了超深钻孔长期观测站。勘探技术所作为骨干成员单位，先后有34人参与了工程的总体设计、钻探技术项目研究、组织管理、现场技术服务等工作， 7人在现场指挥部任职。研发的液动锤、硬岩取芯、绳索取芯+螺杆钻+液动潜孔锤三合一、绳索取芯+螺杆钻二合一等钻具及硬岩纠斜技术是该工程具有国际先进水平的科学钻探技术体系的核心组成部分，获两项国家发明专利。

4.为汶川地震科学钻探（WFSD）工程提供极破碎地层取芯技术

勘探技术所作为骨干成员单位参与了2008年10月由国土资源部组织启动实施的科技部国家科技发展支撑项目——汶川地震断裂带科学钻探工程（WFSD），并负责WFSD-3井现场技术和管理工作。研制的深孔复杂地层取芯钻具和长半合管取芯技术，对提高高应力极破碎复杂地层的岩芯采取率、岩芯质量和复杂地层深部综合钻探效率发挥了重要作用。其中，9m超长半合管的应用创世界纪录。

技术展望

1. 13000m科学超深井钻探技术方案

承担的深部探测技术与实验研究专项课题“科学超深井钻探技术方案预研究”，围绕国家实施科学超深井的需求，对实施我国超万米科学钻探工程相关技术与装备的研究开发提出了系统建议，形成了一套满足13000m科学超深井的钻探技术方案，为我国入地计划的实施打下了基础，为超深井关键技术研究指明了方向。我国13000m科钻工程若实施完成，将刷新目前由前苏联保持的12262m的世界纪录。

2. 海域天然气水合物开采技术探索

勘探技术所密切跟踪天然气水合物开采技术的进展和应用情况，承担了陆域天然气水合物的试采，参与了海域天然气水合物试采工作。

针对目前的粉砂质地层低渗、松散无胶结等问题，该所开展试采新技术方案的研究探索，综合应用水平井施工技术、多介质反循环钻探技术、定向对接连通井技术等，探索超大直径井眼扩径砂砾充填完井、水平井砂砾充填完井及对接井完井等技术，以实现增大产层接触面积、控制涌砂、抑制粉砂运移、举升排沙等目标，力争解决我国及世界海域天然气水合物开采的关键技术难题。

3. “慧磁”系统在地下热能开发的拓展应用

为了增加地下热储层的交换体积，可通过钻进一口常规定向水平井作为开采井，再在相距一定距离处钻另一口（或多口）注水井，与开采井在热储层中平行并通过压裂形成多条井间裂隙通道，以达到提高热交换效率的目的。

“慧磁”系统为定向井提供关键技术保障，确保井组的平行，可解决地热勘查开发关键技术难题，为最后热储层的压裂提供有利条件。

4.“慧磁”系统在矿山救援井的拓展应用

在智利矿难采用钻井救援成功之后，勘探技术所创新提出了一套利用“慧磁”系统进行井下被困人员的定位和救援孔定向引导技术方案：在矿山井下预设磁信标装置，矿难发生后可由被困人员启动，磁信标可连续30天以上向外发射磁场信号，用于提示井下存活人员及所处位置，并精确引导地面救援孔钻入被困区域，提高救援效果和效率。

在山东平邑玉荣石膏矿坍塌事故救援现场，该所提出了上述方案建议，作为备选方案完成了现场实施的技术准备和地面验证，得到了国家安全生产救援抢险指挥中心及工程实施单位的高度肯定。由于救生井的成功贯通，该方案未能实施，但该所完成了“慧磁”系统在矿山救援的首次尝试，为矿山抢险救援提供了一种高科技手段。

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