地质钻探领域的工程技术保障问题
上述成果的特点是应用领域专门,服务领域窄,针对主要地质局所属工作量大的钻井队,主要适合其所在地区的任务和地质条件。当年地质部门平均机械钻速达到600 ~ 800米/单位月。单台钻机年平均进尺3000米,而水力反循环连续取心等一些钻井方法在适合野外作业的季节可达25000米~ 30000米。俄罗斯地质钻探的平均技术经济指标实际上并不低于国外水平。当时地质部面临的所有地质业务都是靠国内钻井技术解决的,从上世纪50年代开始就没有用过国外的技术。
当然,俄罗斯在全液压钻机、移动式动力头、高强度钻杆、长寿命金刚石钻头以及钻井设备和工具的完整性和互换性方面还存在一些不足。特别是复杂地质条件下的钻探技术和难以进入地区钻探设备的运输,需要进一步研究。
我们认为,从以下几个方面提高地质钻探技术和工艺是今后科技进步的主要方向,也是发展矿产原料基地所需的关键技术:
(1)进一步发展和完善双管取心取样的钻探技术和工艺,只有在保证取心(取样)率的条件下,才有可能实现钻探现场的快速多元分析技术,通过地球化学方法和自动数据处理方法,在现场获得矿物原料的预测和评价。
(2)进一步完善无芯钻井技术和装备,包括新型全能钻头的研制和旋转钻头叠加冲击脉动技术,为测井设备现场直接研究地层创造条件。
(3)通过开发新的钻探工具和技术,提高钻探设备对各种钻探方法的通用性,提高钻探设备在不同使用条件下的运输便利性,从而大大提高大比例尺地质调查和环境填图的效率。这里涉及的新技术、新工艺有:更换孔底钻头、配合金刚石钻进使用的空心螺旋钻具、可从钻柱打捞岩心(样品)的双管钻具、空心螺旋钻具等。
(4)研究适合低品位矿区(贫矿区)地质勘探的地质技术方法和钻探取样工具。
(5)开发用于1000米范围内钻井的无塔提升钻杆的钻井设备,采用双管或中空螺旋钻杆的空气钻井技术和设备,开发便于运输的便携式钻井设备(代替雪橇形底座),可用于固体矿产勘探和油气调查的绳索取心钻井技术和设备,最大限度地减少钻井作业对生态环境的破坏。
目前,俄罗斯自然资源部地质勘探单位完成的固体矿产和水井年钻探工作量约为654.38+0.2万~ 654.38+0.4万米。此外,还有大量的承包钻井工作量。预计计划外合同钻井工作量需要600 ~ 800台钻机。根据问卷调查得到的数据,为有效完成地质任务,年钻井工作量应达到200万至250万米左右,因此需要适当增加钻机的开工数量。但目前在役钻机总数只有700台左右,80%以上处于带病作业状态。钻井队使用的设备是国产设备。随着今后钻井队伍的扩大和技术装备的更新,预计不同孔深的钻井工作量比例为:100米以内为45%,300米以内为24%,500米以内为17%,500米以上为14%。
分析表明,现代钻探技术和装备在以下指标上不能适应地质勘探的任务和条件:
考虑损耗因素,钻井设备总量不足。
能够完成300米深度钻井,并具有一定过载能力和大质量的钻机数量不足。
缺乏可拆卸的钻机和钻井设备,可以很容易地运输到难以到达的地区,并安装在各种运输基地。
缺乏能够组合不同钻探方法以适应各种地质-技术条件和斜孔钻探的技术设备。
综上所述,为了完成联邦政府急需的地质调查,我们必须开发50米、100米和300米的模块化可拆卸液压动力头钻机,以取代目前使用的笨重的旧钻机。新一代钻机应结合各种先进的钻井技术(绳索取心和水力岩心输送技术),能够钻斜孔,采用不同的驱动方式,可通过任何方式运输,包括直升机,并在各种运输底座上安装动力头。还要提高设备的标准化水平,利用远程过程控制技术改进钻机的驱动和控制系统,开发司钻智能辅助操作系统(信息处理和操作系统)。
为了匹配取芯钻机,还应提高泵的产量,发展机械化提升机具,生产配套钻机。改进了金刚石钻头在不同条件下的使用,大大提高了使用寿命。绳索取心钻井用钻头的使用寿命应接近国外钻头的水平。
水文地质钻探有前景的技术是传统钻机的移动式旋转头,以及可用于水力冲击钻进和气液混合钻进的双层钻杆(双管中心通道输送液体驱动冲击器,环形通道输送气体,气液在专用混合器中混合后再下入清洗孔底)。钻井技术既要提高生产效率,保证井的自然出水量和生态安全,又要简化钻井结构,降低金属消耗。对于工程地质和地质环境的调查,合理的钻探方法是使用空心螺旋钻杆,带绳索取样器(土样和水样)。
90年代中期以来,钻井工作量急剧萎缩,地质勘探机构财务状况恶化,形势突变。因为钻井工作量可以用以前库存的设备完成,所以对技术设备的需求降到了最低点。钻井设备制造商已经破产。好在前苏联形成的科技优势还没有完全丧失。近年来开展的科研设计工作不仅克服了缺点,而且提高了钻井技术。
“地质技术”专业设计局的调查表明,国产钻杆的强度和使用寿命比国外产品高40% ~ 80%。而国外产品(同样长度)价格高出20% ~ 50%,特种管(水力岩心输送用钻杆)高出一倍。根据地质勘探单位提出的需求估算,钻井技术设备和工具销售额约为800亿~ 1000亿卢布(按1997价格)。如果在国外购买这些设备和工具,要花费3000亿到4000亿卢布。同时,你必须在将来以更高的价格购买国外的备件和消耗材料。通常情况下,供应商会用这种方法逼你就范。最终,俄罗斯地质勘探队只能完全依赖外国公司。当然,在生产单位急需的特殊情况下,如果某些设备国内或短时间内不能生产,仍可购买国外设备,但用进口设备完成的钻井工作量每年不得超过15000 ~ 20000米。
我们认为,保持国产钻井设备的科技优势和生产优势,不仅有利于俄罗斯,也符合哈萨克斯坦、乌克兰、白俄罗斯等独联体国家的利益。
考虑到自然资源部没有负责地质勘查工程技术支持的部门,我们建议成立相应的机构或对原负责工程技术支持的机构进行重新审核登记,使其承担以下任务:
(1)定期分析国内外现状,提出技术需求,监督工程技术支持进度。
(2)制定本领域战略规划,协调科研设计。
(3)在研究国外先进样机的基础上,组织新技术、新工艺的研究(设计)和试验。
(4)科技进步研究成果的专利申请和保护。
(5)组织厂家的试制和新技术开发。
(6)调查新设备和机器的销售前景,了解需求,制定生产计划。
(7)组织新技术的推广,包括现场人员的培训和技术服务。
科研设计单位、联邦所有制制造企业、股份制和国营企业以及用户应联合起来,共同完成上述任务。因此,有必要成立一个综合性的工程技术中心,并命名为“俄罗斯地质工程技术中心”。中心的领导可以是部门的总设计师(或经理)。中心应对新技术的研发、制造和推广做出战略规划,做好组织协调工作,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分配和固定资产更新的重点投资)。
技术方向的科研单位和专业设计局要研究用户的需求和世界现代技术水平,提出科研建议并根据中心的任务实施。科研单位和专业设计局也应参与联邦直属工厂新技术的开发和试验。中心可以以技术入股的形式与股份制工厂合作。部门的科研院所和专业设计局可以和工厂的设计机构一起开发新技术,改进传统设备。
对于执行联邦重要任务的生产单位,也可以在相关单位的基础上建立地方地质勘探技术(实验室技术)开发和服务中心,取得更满意的成果。