自古以來就有種說法叫“上天容易入地難”。人類可以借助天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)成百上千光年遠(yuǎn)的浩瀚太空，但對(duì)地表以下——我們腳踏的這片地皮深處卻是一頭霧水，想要探索地下深處的奧秘幾乎是不可能完成的義務(wù)。
現(xiàn)在，一種新的技術(shù)可以讓我們實(shí)如今地下“穿針引線”，這便是高精度對(duì)接連通井技術(shù)——“慧磁”。這一技術(shù)也成為了鉆孔的地下“導(dǎo)航”，可以將相距數(shù)百米或上千米的井組在地下礦層連通。據(jù)了解，該技術(shù)的核心是“慧磁”高精度中靶導(dǎo)向體系，源于中國地質(zhì)調(diào)查局勘探所承擔(dān)的“高精度定向鉆進(jìn)中靶體系研究”項(xiàng)目。該項(xiàng)目由中國地質(zhì)調(diào)查局2008年立項(xiàng)，旨在通過試驗(yàn)研究建立起定向鉆進(jìn)中靶模型，指導(dǎo)鉆進(jìn)進(jìn)入靶區(qū)，實(shí)現(xiàn)正確中靶。
近年來，中國地質(zhì)調(diào)查局一向全力支撐、支持該技術(shù)的研發(fā)與突破。據(jù)了解，“慧磁”高精度中靶導(dǎo)向體系目前所取得的成果具有完全自立的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，打破了國外公司的技術(shù)壟斷，也使中國地調(diào)局勘探所成為國內(nèi)首家、全球繼美國之后第二家擁有該項(xiàng)技術(shù)的單位，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。而該項(xiàng)技術(shù)比一些國外技術(shù)更加先輩的地方在于：首創(chuàng)低電壓可充電電池供電，可用于煤礦井劣等高危作業(yè)環(huán)境（美國儀器采用的是220V電源供電，不適應(yīng)煤礦等使用）；入井探管直徑和長度分別為42毫米和1.4米，可用于穿過60毫米直徑的中間管下入探管至井底（美國儀器為45毫米、1.9米，最小用于73毫米直徑中間管），可完成更小曲率半徑的定向井導(dǎo)向。
講到“慧磁”技術(shù)，也不得不說說它的發(fā)明團(tuán)隊(duì)——勘探所定向鉆探室主任胡漢月教授的科研團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)在胡漢月的帶領(lǐng)下，多年來一向從事著定向鉆探技術(shù)的研發(fā)工作，憑借著地質(zhì)人的一股子不服輸精神和堅(jiān)定執(zhí)著的熱情，將實(shí)踐和科研相結(jié)合，終于研制成功“慧磁”技術(shù)。該技術(shù)研發(fā)成功的新聞一傳出，就在圈內(nèi)引起的不小的震蕩，原來占盡技術(shù)上風(fēng)的美國的同類產(chǎn)品只能大幅降低產(chǎn)品和服務(wù)價(jià)格，奈何也只是掙扎。
服務(wù)“一帶一起”戰(zhàn)略：
中國技術(shù)扎根土耳其
在國家“一帶一起”戰(zhàn)略中，土耳其作為一個(gè)橫跨歐亞大陸的緊張節(jié)點(diǎn)，地理位置和戰(zhàn)略地位及其明顯。
2009年，“慧磁”高精度中靶導(dǎo)向體系第一次應(yīng)用于實(shí)井測(cè)量就是在土耳其首都安卡拉西北的BEYPAZARI自然堿采集鹵工程。在當(dāng)?shù)匾粋€(gè)20平方千米的丘陵地帶下儲(chǔ)藏著近2億噸的自然堿，2009年~2010年，勘探所與當(dāng)?shù)貕A礦合作，成功完成了在該區(qū)域內(nèi)23對(duì)對(duì)接井的施工義務(wù)。井組類型包括三井井組、四井井組和雙通道井組等多種類型。
隨著第一次應(yīng)用的成功，“慧磁”鉆井導(dǎo)向體系開始大量參與到對(duì)接中靶作業(yè)中。2014年，勘探所作為自力承包商簽訂了BEYPAZARI自然堿礦鉆井工程四、五期合同，總計(jì)145口井，施工也悉數(shù)取得了預(yù)期的結(jié)果。
分外值得一提的是，此次施工還完成了當(dāng)時(shí)世界上規(guī)模最大的采用對(duì)接井水溶開采方法的鉆井工程。2015年9月10日，由勘探所承擔(dān)的土耳其卡贊自然堿地下工程開鉆，標(biāo)志著這一世界上最大規(guī)模的對(duì)接井水溶采集鹵工程正式拉開序幕。而該工程采用的核心技術(shù)就是“慧磁”技術(shù)，該項(xiàng)目旨在為卡贊自然堿礦年產(chǎn)250萬噸的純堿廠提供鹵水，計(jì)劃將在2015年~2018年共施工74個(gè)采鹵水平井組，單井總數(shù)達(dá)222口。
“慧磁”技術(shù)在土耳其成功應(yīng)用的過程中，勘探所創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了多井組的連通，真正使得地下“穿針”技術(shù)成為了實(shí)際。同時(shí)，勘探所在施工中勇敢創(chuàng)新，戰(zhàn)勝地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地磁場(chǎng)非常、地層破碎緊張等困難，積累了處理復(fù)雜題目的雄厚經(jīng)驗(yàn)，為將來推動(dòng)“慧磁”定向中靶指導(dǎo)體系等上風(fēng)技術(shù)向其他國家推廣、承攬國際工程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
服務(wù)新能源開采：
煤層氣開采拓展應(yīng)用
自煤層氣水平對(duì)接井領(lǐng)域引入美國Vector公司生產(chǎn)的RMRS旋轉(zhuǎn)磁測(cè)距體系以來，我國煤層氣和水溶開采領(lǐng)域的定向?qū)泳氖┕ぜ夹g(shù)取得了龐大突破。但是，大多數(shù)應(yīng)用仍局限于傳統(tǒng)的U形井組（由一個(gè)垂直井和一個(gè)水平井組成的井組）。
在勘探所實(shí)施的華晉焦煤柳林煤層氣項(xiàng)目中，施工的DS井組是由2個(gè)水平井組成的煤層氣井組，要實(shí)現(xiàn)兩井的對(duì)接實(shí)為不易。因?yàn)椤盎鄞拧便@井中靶導(dǎo)向體系具有無需外供電、體積小、中文軟件界面等好處，可正確測(cè)量鉆頭與靶點(diǎn)之間的方位誤差、頂角誤差和距離，因此該煤層氣井組采用“慧磁”技術(shù)使2井實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”對(duì)接。這也是國內(nèi)首次采用地面施工水平井與巷道施工水平井進(jìn)行連通的工程。
憑借“慧磁”技術(shù)的高精度性能，山西柳林沙曲煤礦通過使用該體系，使地表鉆進(jìn)1500米深的定向水平孔與煤礦巷道內(nèi)鉆出的頂角為106度的水平孔成功實(shí)現(xiàn)對(duì)接，取得了“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的精準(zhǔn)連通結(jié)果。
該井的聯(lián)通，既保證該礦地下采煤時(shí)的安全，又進(jìn)步了能源的開采與行使率。據(jù)了解，該工程共有兩個(gè)主分支，四個(gè)側(cè)分支，將兩個(gè)主分支分別與井下瓦斯抽放鉆孔實(shí)現(xiàn)對(duì)接，對(duì)接成功后進(jìn)行井下瓦斯預(yù)抽采。目前，其中一分支已進(jìn)入試抽采期，經(jīng)抽采數(shù)據(jù)注解，該分支日產(chǎn)氣量1萬立方米以上，抽采瓦斯?jié)舛冗_(dá)90%以上，瓦斯流量最高達(dá)10立方米/分鐘以上。該水平井的產(chǎn)氣量目前已超出了預(yù)期結(jié)果，據(jù)以往同類井型抽采結(jié)果注解，該井產(chǎn)量將會(huì)繼承攀升，有望創(chuàng)造新的產(chǎn)氣紀(jì)錄。
服務(wù)固體礦產(chǎn)水溶開采：
自然堿礦、鹽礦開采應(yīng)用
當(dāng)水溶采礦方法與定向?qū)泳夹g(shù)相結(jié)合起來，一種低投入、高產(chǎn)出、高服從、綠色環(huán)保的采礦方法誕生了。分外是在鹽、堿、磷、芒硝等的鉆孔水溶或水力開采領(lǐng)域，采用定向?qū)泳且环N事半功倍的方法，不但礦山投資小，而且占地面積最少，地表無尾礦產(chǎn)生，開采深度可達(dá)3000米，這無疑是一種綠色環(huán)保的礦山開采方法。
2014年11月，勘探所在河南安棚自然堿礦采用該技術(shù)指導(dǎo)SP01水平井與其靶井實(shí)現(xiàn)了一次對(duì)接連通，連通點(diǎn)垂深達(dá)2850米，創(chuàng)全球薄層堿礦對(duì)接井水溶開采垂深最深紀(jì)錄。該井組連通后，在注水流量達(dá)60立方米/小時(shí)的條件下，出鹵濃度高達(dá)120克/升，成功實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)的目的。該成果也是勘探所在湖北沙隆達(dá)鹽礦連通2800米深井后又一新突破，創(chuàng)下了水平對(duì)接井深新紀(jì)錄。
河南安棚自然堿礦是國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的大型自然堿礦之一，是世界上埋藏最深的自然堿礦床?？碧剿鶎?shí)施的水平井開采的礦層埋深達(dá)2800米以上，該礦層是由厚度從0.1米至1米不等的礦互層及夾層組成，礦層頂、底板及夾層重要為白云巖。而且，區(qū)域內(nèi)礦層極不穩(wěn)固，起伏比較大，電測(cè)井時(shí)經(jīng)過3次對(duì)比才最終確定礦層?？碧剿鶎?shí)施的鉆井工藝除了采用合理的鉆具組合、井身結(jié)構(gòu)外，在井眼軌跡控制方面采取了特別工藝方法，包括采用無線隨鉆測(cè)斜儀、引入了地質(zhì)導(dǎo)向儀指導(dǎo)鉆頭和采用該所自立研發(fā)的深孔高溫磁中靶儀。實(shí)踐注解，該儀器實(shí)現(xiàn)了一次引導(dǎo)中靶成功，這種工業(yè)生產(chǎn)與科研成果緊密結(jié)合的模式，對(duì)勘探所往后的科研工作起到了較強(qiáng)的示范作用。
據(jù)了解，在國內(nèi)，勘探所生產(chǎn)的“慧磁”鉆井中靶導(dǎo)向體系已成為水溶采礦鉆井設(shè)備的標(biāo)配，正在發(fā)揮著越來越緊張的作用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2009年“慧磁”體系首試成功以來，截至目前已成功完成了百余次對(duì)接連通引導(dǎo)作業(yè)，且實(shí)現(xiàn)了100%連通。目前，在國內(nèi)的鹽堿采鹵井對(duì)接領(lǐng)域，“慧磁”的市場(chǎng)占據(jù)率已經(jīng)以較大上風(fēng)超過了美國的RMRS儀器。
拓荒服務(wù)新領(lǐng)域：
避障防碰、指導(dǎo)巷道掘進(jìn)
在鉆探區(qū)域，偶然存在一些廢棄井或其它地下管道，在鉆進(jìn)時(shí)必要避開它們，這時(shí)可以借助磁指導(dǎo)技術(shù)，指導(dǎo)鉆進(jìn)避開這些停滯物。
2013年4月，從大連旅順傳來喜信，勘探所為北京萬地地質(zhì)工程公司因地質(zhì)緣故原由出現(xiàn)埋鉆事故的熱水井而實(shí)施的糾斜繞障工程圓滿完工。該工程要求繞過位于井深1394米的事故頭位置。因?yàn)槭鹿实貙訛榍稁r，硬度達(dá)7~8級(jí)，常規(guī)鉆進(jìn)鉆速僅為20~30厘米/小時(shí)，施工難度極大。該繞障工程的成功實(shí)施，充分顯現(xiàn)了勘探所豐富的技術(shù)實(shí)力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，為定向鉆進(jìn)技術(shù)拓荒了一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域。
“慧磁”鉆井導(dǎo)向體系還可用于指導(dǎo)鉆孔與巷道之間的連通。2014年2月，勘探所“慧磁”鉆井導(dǎo)向體系在河南省三門峽盧氏縣楊家灣鐵礦成功指導(dǎo)巷道掘進(jìn)，實(shí)現(xiàn)其與鉆孔連通。在之前該鉆孔與巷道貫通的過程中，因?yàn)殂@孔測(cè)斜受鐵磁性金屬礦干擾，連通失敗?？碧剿夹g(shù)人員抵達(dá)工地后，經(jīng)7個(gè)小時(shí)的地下巷道和地面測(cè)量作業(yè)，為業(yè)主提供了鉆孔相對(duì)于巷道的誤差測(cè)量效果。該礦山按勘探所提供的測(cè)量效果掘進(jìn)巷道，僅用1天多的時(shí)間就使巷道與鉆孔實(shí)現(xiàn)了連通。
服務(wù)礦山救援：
“慧磁“的首次嘗試
在智利礦難采用鉆井救援成功后，勘探所創(chuàng)新提出了一套行使“慧磁”體系進(jìn)行井下被困人員的定位和救援孔定向指導(dǎo)技術(shù)方案：在礦山井下預(yù)設(shè)磁信標(biāo)裝配，礦難發(fā)生后可由被困人員啟動(dòng)，磁信標(biāo)可延續(xù)30天以上向外發(fā)射磁旌旗燈號(hào)，用于提醒井下存活人員及所處位置，并正確指導(dǎo)地面救援孔鉆入被困區(qū)域，進(jìn)步援救結(jié)果和服從。
在山東平邑玉榮石膏礦坍塌事故救援現(xiàn)場(chǎng)，勘探所技術(shù)人員提出了上述方案，作為備選方案完成了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的技術(shù)預(yù)備和地面驗(yàn)證，得到了國家安全生產(chǎn)救援搶險(xiǎn)指揮中間及工程施工單位的高度一定，并將磁信標(biāo)下入井內(nèi)交到被困礦工手中。最后因?yàn)榫壬某晒ω炌ǎ碧剿木仍桨肝茨軐?shí)施，但也完成了我國“慧磁“體系在礦山救援的首次嘗試，為礦山搶險(xiǎn)救援提供了一種備選的高科技手段。
“慧磁”中靶指導(dǎo)體系自2009年10月在土耳其工地成功連通第一對(duì)井后，其應(yīng)用領(lǐng)域正在賡續(xù)地?cái)U(kuò)展，技術(shù)水平賡續(xù)進(jìn)步。從國外鉆井市場(chǎng)到國內(nèi)鉆井市場(chǎng)，從自然堿礦到鹽礦，再到煤層氣領(lǐng)域，打破了國外同類產(chǎn)品的技術(shù)壟斷，漸漸形成了本土化技術(shù)服務(wù)上風(fēng)，使勘探所在定向鉆井領(lǐng)域走在業(yè)界前列。
目前，勘探所在中國地質(zhì)調(diào)查局公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目支撐下，正在開展深孔高溫磁中靶體系“慧磁”的升級(jí)，其成果將在將來的頁巖氣勘探開發(fā)市場(chǎng)、地下熱能開發(fā)的拓展應(yīng)用、在礦山救援井的拓展應(yīng)用中發(fā)揮緊張作用，為我國的頁巖氣勘探開發(fā)、地下熱能開發(fā)、礦山救援等方面提供堅(jiān)實(shí)有力的技術(shù)保障。
國土資源部關(guān)于嚴(yán)酷控制和規(guī)范礦業(yè)權(quán)協(xié)議出讓管理有關(guān)
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