复杂地层护壁技术的其他创新性成果
近年来，国土资源部大力提高国土资源科技自主创新能力，充分发挥科学技术在国土资源事业发展中的支撑和引领作用，加快了科技成果的转化与应用。
屏蔽室与三维线圈及其集成磁场空间装置
该装置可以衰减环境磁场强度（达到＜300nT），改善环境磁场的梯度（达到＜50nT/m），使线圈系统的均匀区不失真；可以屏蔽和抵消外场，达到零磁空间，产生矢量磁场；可以完成线圈系统的本身功能，实施对屏蔽室的磁清洗。
屏蔽室与三维线圈的复合套装，成功解决了线圈在屏蔽室内的几何定位及其相互隔震；形成零磁场或产生矢量的背景场的高度均匀；三维线圈对屏蔽室六面可在不发散磁场的情况下，实施磁清洗。可调节三组线圈的间距和几何姿态，具备调节正交性的功能，储备扩展不同指数均匀区的机构。屏蔽室构建采用大循环包镶及无焊点、少铆眼、大封挤的新方法，这样可以提高屏蔽系数，降低资源消耗。配置检测设备，可以由平面坐标到立体坐标，由小区域到大范围，在空间任一点支持三分量的准确定位。项目研制的系列产品在中国科学院、国防科工委、高等院校、国土资源部、石油及地震系统得到广泛应用。
亥姆霍兹模式的三维磁场线圈
可控式三维磁场线圈
物探震源孔复杂地层快速成孔工艺研究
地震物探方法是油气勘查首要技术手段，地震资料的准确性对地下油气资源的评价具有决定性作用。项目解决了目前国内外在破碎不稳定地层大深度钻孔中采用普通提钻成孔和下药施工方法的效率低、施工周期长、成本高，而且因孔壁垮塌很难满足炸药投放到位的问题，开发出高效节水的双壁钻杆空气反循环油气地震快速钻进成孔技术，解决了常规钻进成孔方法在沙漠及砾石等不稳定地层常规钻进施工困难、成本高和无法满足成孔深度和投药不到位等关键技术难题，节约了大量泥浆材料和用水费用，提高施工效率。近5年来，该成果在大庆物探公司、新疆油田物探公司、华北石油管理局物探公司、辽河油田物探公司以及蒙古等多家石油物探单位得到推广应用。利用该技术完成地震物探爆破孔40余万个，施工产值超过6亿元人民币，节水和缩短工期节省费用超过4000万元。
新疆某工地施工现场
大庆沙漠施工现场
WINDOWS系统下航空物探软件系统的研制
系统涵盖了航空物探（磁、伽马能谱、航电）从野外数据预处理和质量监控、到室内数据处理、正反演计算、航磁编图、图件处理及成图全过程涉及的方法软件，并针对目前航空物探测量数据采集采样率的不同和坐标数据存储精度不足等问题，设计了按测线参数（而不是按测点记录）存取的新型航空物探数据库结构。
项目采用数据分块算法技术和随机存取算法技术，实现了大数据量（达16384×16384点）平面网格位场数据的频率域转换计算和界面反演计算；开发了剖面平面图彩色渐变填充着色方法软件；研究出对剖面平面图无级渐变渲染着色的方法技术，可设置渐变度、透明度等参数。自行研制的平面等值线图绘制软件，能按用户要求自动控制等值线条密度，在场值梯度大的地方能自动断线和抽稀。利用计算机可视化技术，实现数据管理、数据处理和重磁异常正反演拟合及图件显示处理等可视化操作。
采用双曲函数滤波及方向滤波等滤波技术，抑制了低磁纬度区磁场化极因子的振荡，获得稳定可靠的低磁纬度区分带变倾角磁场化极结果
重磁异常正反演拟合软件
大口径无循环基础工程施工工艺及器具的研究
研究开发的五个系列的大口径无循环工程施工钻具和施工工艺，充分发挥了无循环施工技术的优势，解决了多种复杂地层施工的技术难题，极大地提高了我国大口径无循环工程施工的技术水平，取得了显著的经济效益和社会效益。研制开发的大口径旋挖钻斗、螺旋钻头、筒钻、扩底钻头、液压抓斗等五个系列产品，设计新颖、结构合理、加工工艺性好、适用性强。项目采用了旋挖钻斗锥筒防抽吸水力学设计、中心管大扭矩传递技术、冻土层限量切削钻进技术、液压抓斗高压密封强制润滑技术、螺旋托盘式联接技术和大口径的防斜技术。通过生产实践，探索出一套钻进复杂地层的先进工艺方法。根据不同地层选用不同型式的机具和工艺，拓宽了应用范围，丰富了大口径钻进的理论及技术方法。该项成果在国家重点工程青藏铁路基础工程施工中发挥了重要作用，为科研成果及时转化为生产力积累了宝贵经验。
旋挖钻斗
从冶炼废料中分离回收铟工艺技术及生产应用研究
最先完成了炼铁烟尘、铅锌不同炼渣及烟尘等多项物料中的提铟工艺研究。1995年开始对部分铅锌冶炼渣、烟尘物料开展提铟应用生产。随着生产的展开，这一技术的应用范围不断扩大，原料从最初的铅锌冶炼的真空炉渣、冰铜渣逐步扩展到铅锌冶炼（含湿法）的各种含铟渣料和烟尘灰，电炉底铅、硬锌等半成品，直至扩大到铜、锡、锑、铁等矿种的含铟炼渣及烟尘、提锗及电锡和其他湿法、化工中产生的废水、废母液以及从台湾、日本等地进口的ITO废靶材和从欧洲、南美等地进口的废铜料。原料的含量也由每吨数千克逐步降低至数百克，甚至几十克，原料范围进一步扩大，生产技术进一步完善。该成果不仅回收了流失的宝贵资源，治理了废水，保护了环境，并使我国成为铟生产大国。
粗铟
难钻进地层用新型钻头、钻具及泥浆的研究与开发
项目研制成功新型复合式金刚石钻头，比国内常规钻头、美国卡洪山口用金刚石钻头的寿命要长，钻速要快；研制成功射流式取心工具，在松散铀矿取心中获得理想效果，取心率达90%～95%；研究的HPT-2稀释剂不仅用于常温而且可以用于高温，最高可达220℃，具有良好的抗污染能力，可用于淡水和海水。
项目设计了复合式金刚石钻头结构，提高钻头耐磨性延长钻头寿命，增加钻头的自锐性，提高钻头钻速；采用新型超细合金粉末，增强胎体对金刚石把持力；在非分散高温聚合物稀释剂配方中引进阴阳离子，改善钻井液抗温、抗污染及抑制能力；射流元件在取心双管中的运用，提高了松散胶结地层中的采取率和样品的品质；抗涡动钻头设计原理的应用，有效防治了岩心被振动破坏。
射流取心钻具在中国大陆科学钻探井中的应用
射流钻具取出的松散铀矿心
计算机辅助区域地质调查系统
我国自主研究的数字填图技术，解决了针对基于野外路线观测的解释数据和绝对数据的结构方式与关系，设计了与比例尺无关的描述野外地质填图过程的语法结构。
建立了PRB数字填图理论与技术方法，并在此基础上，以当前第三代地理数据库模型和PRB数据模型为基础，通过PRB数据流“栈”与不同阶段对象类和要素类的互操作实现空间与非空间的属性继承传递，实现了野外总图、实际材料图、编稿地质图、地质图数字化工作流及其空间数据库群的建立。PRB数字填图理论与技术方法，使数字填图技术及其方法真正成为了一种通用的技术方法和平台。
野外数据采集界面
GPS/PDA土地调查新技术示范应用
国土资源部在大兴举办调查之星技术培训班，学员们在现场实习
在嵌入式3S集成技术、基于GPS网络差分/高精度单点动态定位技术、矢量图形自动分割技术、基于GPS/PDA的土地调查作业流程等方面取得了多项创新成果。形成了调查精度满足1:10000到1:2000及1:1000、数据导入/导出符合OPENGIS通用交换标准、变更图斑能自动分割的土地调查作业系统。
在2004年北京大兴综合示范应用的基础上，2005～2006年国土资源部又在北京、吉林、河北、江苏、河南、湖北、湖南、重庆、四川九省市13个区县进行了较大范围的示范应用，试点县市地处东部、西部和南方、北方，地形包括平原、山区、丘陵，通过实际应用，验证了GPS的定位精度，优化了系统的作业流程，完善了系统的软件与硬件。在此基础上，对系统的软件进行了权威测试，对产品的硬件进行了工业化设计，形成了定型后的符合工业化标准的“调查之星”系列产品。北京市国土资源局已将定型后的“调查之星”设备装备到14个区县。
9.6.1 孔深较大、强径流、大漏失地层的综合堵漏技术
浅部的强漏、强涌孔段通常采取扩孔后套管隔离的方法，深孔段一般采用水泥封闭和调整冲洗液性能等方法，但钻遇孔深较大、强径流、大漏失地层目前依然束手无策，如ZK7259孔，原Φ89套管下至748.41m后，在孔深969.20～970.50m钻遇有流动水断层，断层内有砂石充填物；施工至1056.60m时，因无法解决断层的护壁问题，拔起Φ89套管，扩孔、下套管隔离该断层。
针对这一行业性的技术难题，经过研究提出了相应的解决思路和对策：
1）解决思路：防止堵漏材料被地下水稀释或冲走，有效填塞、封闭漏失通道。
2）解决对策：在科学分析钻孔漏失原因的基础上，正确选择堵漏工艺，合理选择、配制最佳的堵漏材料（堵剂）：多类型、多规格组合惰性材料堵漏；“惰性材料+水泥干粉”泥球或袋堵漏；惰性材料（纤维材料）+水泥浆堵漏；水泥浆液平衡灌注堵漏。
马坑铁矿钻探中，应用该思路和对策成功治理了众多的钻孔漏失问题。同时，构成该技术的多种护壁堵漏的思路与方法也成功地在其他矿区推广应用，如漳平东山崎煤田矿区ZK7001孔。该钻孔孔深258～267m位置，裂隙发育，漏失严重甚至全漏失，在堵漏水泥浆中加入土工袋切制的纤维（水泥质量的5%～30%），利用纤维架桥、填塞、增强等作用，成功封堵了该漏失孔段，见图9.16。
图9.16 纤维水泥浆堵漏取出的水泥心
9.6.2 长孔段、多特征易塌、漏失复杂地层裸眼钻进技术
马坑矿区ZK7924孔顺着断层施工，全孔地层较复杂。孔深342～721.47m（孔段长379.47m），地层（图9.17）为碎石、砂、泥包石，胶结性差，钻孔全漏失，孔壁坍塌严重。针对这一情况，研究了以优质泥浆护壁+多种材料复合随钻堵漏为主体的长孔段裸眼钻进技术。技术要点如下。
图9.17 ZK7924孔342～721.47m部分岩心
（1）护壁泥浆
使用优质钠膨润土泥浆。通过增加泥浆中的粘土含量，加入有机聚合物或无机增粘剂等措施，提高粘度、降低滤失量，即增加孔壁松散颗粒之间的胶结力，也有效防止泥浆中的自由水侵入孔壁地层而冲蚀胶结物。泥浆配方：1m3水+60～70kg钠膨润土+2～3kg烧碱+3～5kg植物胶+3～5kg纤维素。
现场采用搅拌机搅拌配制泥浆。配制时，在180L搅拌桶内加入12.5kg膨润土、1.8kg烧碱、0.54kgCMC（纤维素）、0.54kg植物胶，并充分搅拌。配制的泥浆性能为：性能指标：密度1.05～1.07g/cm3，粘度32～35s，失水量12～15mL/30min，pH值8～9.5。
为保证钻进泥浆充足，机场设置二个大泥浆池（沉淀池和蓄浆池），并使用2台搅拌机拌制泥浆。
（2）多种材料复合随钻堵漏技术
针对孔内全漏失，泥浆不能有效护壁的情况，采取以下堵漏措施，保证维护孔壁稳定所必需的泥浆柱压力。
1）随钻堵漏。在泥浆中添加细颗粒松树锯末，掺加量3%～5%（约10～15kg/m3），边钻进边循环堵漏。
2）多种惰性材料混合浆液堵漏。根据孔内漏失的严重程度和地层裂隙的发育程度，采用易得的惰性材料，如棉子壳、干草、锯末、海带、编织带、纸袋碎片等堵漏材料（含量8%～10%）同泥浆复配，制成高失水量浆液，然后将配好的堵漏液从孔口倒入（利用绳索取心钻杆）或用泵送入孔内进行综合堵漏。堵漏工艺：
（a）将绳索取心钻杆下至或提至漏失层位置（不带内管总成）；
（b）在地面配制堵漏浆液，倒进钻杆内；
（c）对上立轴，开泵压送可维护孔壁稳定的泥浆；
（d）堵漏浆液压送过程中，钻机低转速空转。同时，反复小幅度上下提动钻具，形成抽吸、压入作用。
多种惰性材料混合浆液堵漏机理：堵漏剂中大颗粒的圆颗粒能卡在裂隙宽窄变化的“喉部”，使裂隙变小；次颗粒的又堵住变小的裂隙，使裂隙宽度变得更小，以致逐渐堵塞裂隙通道；泥浆中的固相在其上形成泥饼。因此，尽管不能完全封堵漏失通道，但漏失通道的减小使孔壁获得了维持稳定所需的泥浆柱压力。
为获得合理的堵漏材料级配，专门购买可将稻草、树皮、海带等材料粉碎成不同粒径的破碎机。
3）灌注水泥浆护壁与堵漏。ZK7924 孔施工在旋喷水泥浆护壁法研发之前。由于存在长孔段风化破碎带和采取提钻取心工艺，为保证岩心采取率，频繁提下钻的抽吸作用对孔壁造成了破坏。在孔壁严重坍塌孔段，由于泥浆起不到护壁效果，采用水泥固结法护壁。灌注水泥浆护壁时，因技术工艺操作的失当，也发生了一些护壁失败，甚至造成严重孔内事故的情况，如：
——孔深438.28m时，灌注水泥10 包（500kg）护壁。因扫水泥时措施不当，造成难以处理的埋钻事故，再次灌注水泥浆，并用小一级口径的短钻具、大压力偏斜绕过事故孔段。孔内残留Φ95mm绳索取心钻杆、钻具总长56.06m。
——孔深640m时，第一次灌水泥没有达到护壁效果，进行第二次灌注水泥，扫水泥偏出新孔。
（3）钻进方法
为了提高钻进效率，考虑取心与护壁的需要，先后采用S95绳取液动锤金刚石钻进，Φ50外丝钻杆+Φ77多功能孔底反循环单动双管钻具钻进、Φ95mm金刚石扩孔，Φ95金刚石单管钻进等钻进方法。
长孔段裸眼钻进技术在矿区后续施工的钻孔中应用，均较好地解决了护壁难题。
9.6.3 溶洞地层钻进技术
1）发现岩石变软，进尺加快，突然漏水，可能是快到溶洞的预兆，操作中不要采用高转速和大压力。同时，预防钻具突然下落而造成伤人事故。
2）溶洞中钻进，要加长粗径钻具，选择质量好的钻杆，预防钻孔跑斜、钻杆折断；做好预防措施，防止断钻杆后断头靠邦等发生；要测量溶洞高度和涌（漏）水情况，及时测量水位。
3）较大的溶洞，一般先用粘土或水泥封闭，然后钻进。如果用粘土、水泥封闭无效，要及时下套管或埋头管堵住溶洞。穿过溶洞后，下套管维护或下埋头管护住溶洞。
4）溶洞有砂石充填时，采用轻压慢转钻进并加大泥浆粘度，或用泥球堵塞溶洞。钻穿后，应马上下套管护壁。
复杂地层护壁技术的其他创新性成果
4）溶洞有砂石充填时，采用轻压慢转钻进并加大泥浆粘度，或用泥球堵塞溶洞。钻穿后，应马上下套管护壁。
深孔复杂地层护壁堵漏技术组合的优选研究
钻孔结构的设计就是根据地层条件、钻孔设计深度、钻进方法、护壁措施及设备能力等因素,合理确定与钻进工艺技术方法相适应的开孔直径、换径次数及其相应深度,并确定套管的规格、数量、下入深度和程序。 (1)套管护壁的主要优缺点 钻遇复杂地层时,如能采用快速钻进技术措施穿过复杂地层,然后下入套管护壁,也就基本上能防...
技术方法研究与应用
高压旋喷水泥浆固结护壁法技术是本研究形成的、国内首创的创新性成果。该技术吸收高压旋喷加固软土地基的精髓,通过机具的研制和工艺的研究,以高压旋喷水泥浆的方式,解决了常规护壁方法不能胜任的深部“断层泥”护壁难题,如:中、深部孔段钻遇松散、破碎、易水化分散坍塌等复杂夹层,钻孔漏失、泥浆护壁难且无法采用...
主要成果和创新点
将WL钻探技术与液动锤组合，形成液动锤WL冲击回转钻探技术，在很大程度上避免了岩 心堵塞并延长了钻头寿命，这样就能充分发挥二者的技术优势，大大提高深孔钻探效率。如2000m深孔钻探，在中等可钻性较完整地层和高可钻性破碎地层分别可节约钻探总时间 26.36％和38.81％以上。当受地表特殊条件限制或因...
BH-套管钻进技术在马坑铁矿复杂地层中的应用试验
BH-114套管钻进技术是中国地质科学院成都探矿工艺所研发的钻探新成果。该技术通过利用外管代替绳索钻杆传递钻压和扭矩驱动孔内套管取心钻具回转钻进,在不提钻情况下进行绳索取心、检查或更换孔底主副钻头,有效减少起钻次数,避免频繁起下钻导致复杂地层孔壁不稳定及其引发的孔内事故,有利于降低劳动强度、改善施工环境和...
孙平贺参与项目
2007年5月至2008年10月，孙平贺投身于国家863子项目，致力于煤层钻孔甲烷参数探测仪的研发，为矿产开采安全提供了关键技术。随后，他继续在2007年11月至12月，研发近水平孔竣工管道轨迹检测仪，进一步提升施工精度。在2008年，他的工作范围扩展到了广东韶关，参与了大宝山复杂地层护壁堵漏项目，展示了他在...
卵石地层怎么钻进 [浅析复杂地层钻进技术]
【摘 要】通过沙坪沟矿区施工实践提出了复杂地层钻进中小孔径的优点、地层压力平衡的重要性、钻杆螺纹形式的优化以及冲积层钻进需注意的几个要点,总结了在复杂地层钻进过程中所应用的新的钻探技术 【关键词】复杂地层；钻进技术；分析 复杂地层钻进一直是钻探生产中遇到的最大难题。从复杂地层的护壁角度来...
不稳定地层护壁技术
3.水敏性地层护壁 水敏性地层主要指遇水膨胀和分散地层。该类地层应采用高抑制性泥浆体系护壁，要求泥浆失水量低（API滤失量≤10mL），抑制性强。在材料选择上，应选用含有K＋或NH＋4的泥浆处理剂，如高效护壁剂（GSP）。可采用下列泥浆体系：（1）低固相泥浆：水＋3％～4％LBM，膨胀较严重时，可...
钻孔护壁堵漏技术措施
该方法亦称弹塑性堵漏法,是往破碎裂隙地层充填胶黏,不形成固结强度高的刚性孔壁,只形成具有胶黏性的弹塑性孔壁。适用于钻孔承压、孔隙水较大、涌水、漏失及溶蚀性地层,水泥浆灌注难以结石的情况。1.冻胶泥浆堵漏 冻胶泥浆由水泥(或熟石灰)、锯末、黏土粉、水玻璃(或氯化钙)等组成。配比是在1m3黏度50...
不同地层的泥浆体系及应用效果
松散软地层主要为黏土、淤泥、砂、砂砾石、砾卵石、泥岩、灰岩等。这类地层用泥浆护壁主要是增加孔壁地层颗粒之间的胶结力和孔壁地层的抑制性(黏土、淤泥层)。关键措施是选择细分散泥浆体系,通过增加泥浆中的黏土含量,加入有机或无机增黏剂等方法来提高泥浆黏度。体系中除黏土、Na2CO3和水外,往往加入提黏剂、降失水...