20世紀80年代末、90年代初前蘇聯曾完成了大量的地質勘探巖心鉆探工作量,達1800萬~2400萬米/年。當時無論是鉆進方法、巖礦心采取,還是鉆探工具和設備的水平與品種都不亞於世界水平。在硬質合金鉆探、小直徑無巖心鉆進、軟巖水力反循環連續取心、井底液動錘、繩索取心、直接獲取地質信息的無線測井技術等方向上,前蘇聯的鉆探技術水平還超過了國際水平。俄羅斯首先研制成功用直流和交流電驅動的無級調速鉆機,大部分鉆探現場都配備了可調節和保持合理鉆探規程的監測儀器,開發了實現鉆進工程最優化和自動化的設備,定向鉆進和多孔底鉆進技術也得到了很大程度的發展。
上述成果的特點是應用領域專門化,服務的面較窄,瞄準的是主要地質局所屬的工作量大的鉆探隊,主要適合於它們所在地區的任務和地質條件。當年地質部的平均鉆速曾達600~800米/臺·月。單臺鉆機的年進尺平均3000米,而有些鉆進方法,例如水力反循環連續取心在適於野外作業的季節裏進尺量可達25000~30000米。俄羅斯地質鉆探的平均技術經濟指標實際上不低於國外水平。當時地質部面臨的所有地質業務都是用國內鉆探技術去解決的,從20世紀50年代開始就沒有用過國外技術。
當然,俄羅斯在全液壓鉆機、移動式動力頭、高強度鉆桿、長壽命金剛石鉆頭和鉆探設備與工具的成套性、互換性等方面還存在著不足。尤其在復雜地質技術條件下的鉆進技術和難進入地區的鉆探設備運輸問題,還有待深入研究。
我們認為,從下述幾個方面去改善提高地質鉆探工藝與技術,是今後科技進步的主要方向,是發展礦物原料基地所需的關鍵技術:
(1)進壹步發展和改進雙管取心取樣鉆探工藝和技術,只有在保證取心(樣)率的條件下才可能實現鉆探現場的快速多元分析技術,用地球化學方法和自動數據處理方法在現場得出礦物原料的預測評價。
(2)進壹步改進無巖心鉆進的技術裝備,包括研制新型全面鉆頭和在回轉鉆頭上疊加沖擊脈動的技術,為測井設備在現場直接研究地層創造條件。
(3)通過開發新型鉆探機具與工藝,提高鉆探設備對各種鉆進方法的通用性,改善鉆探設備在不同使用條件下的運輸方便程度,來大幅度提高大面積地質調查和環境填圖工作的效率。這裏涉及的新技術、新工藝包括:孔底換鉆頭技術,與金剛石鉆探配合使用的空心螺旋鉆具,能從鉆桿柱和空心螺旋鉆具中打撈巖心(樣)的雙管鉆具等。
(4)為低品位礦區(貧礦區)的地質勘探工作研究適合的地質技術方法與鉆探取樣機具。
(5)研制用於1000米以內鉆孔的無塔提升鉆桿的鉆探設備,采用雙層管或空心螺旋鉆桿的空氣鉆進技術及其裝備,跟管鉆進技術,研制方便運輸的(取代雪撬形底座)可移動式鉆探設備,能用於固體礦產勘探及石油天然氣普查的繩索取心鉆進工藝與設備,盡量減少鉆探作業對生態環境的損害。
目前俄羅斯自然資源部地質勘探單位每年完成的固體礦產和水井鉆探工作量約為120萬~140萬米。此外,還有大量合同鉆探工作量。據估計用於計劃外合同鉆探工作量的鉆機需要600~800臺。據問卷調查獲得的數據表明,為了有效地完成地質工作任務每年的鉆探工作量應達200萬~250萬米左右,因此還需適當增加開動的鉆機臺數。但是目前開動的鉆機總數只有700臺左右,而且其中80%以上的設備處於帶病工作的狀態。鉆探隊使用的設備均是國產設備。隨著今後鉆探隊伍的擴大和技術設備的更新需要,預計不同孔深的鉆探工作量所占的比例為:100米以內的鉆孔占45%,300米以內的占24%,500米以內的占17%,超過500米的占14%。
分析表明,現代鉆探技術裝備在以下指標方面還不能適應地質勘探的任務和條件:
·考慮到損耗的因素,鉆探設備總量不足。
·可完成300米以深鉆孔,又具有壹定超載能力和較大質量的鉆機數量不足。
·缺乏可拆卸式,方便運往難進入地區的鉆機類型和可在各種運輸底座上安裝的鉆探設備。
·缺乏可組合應用不同鉆機方法以適應各種地質-技術條件和斜孔鉆進的技術設備。
綜上所述,為了完成聯邦急需的地質調查工作,我們必須研發用於50米、100米和300米孔深的模塊化、可卸式液壓動力頭鉆機,以取代現在使用的笨重老式鉆機。新壹代鉆機應組合應用各種先進的鉆探工藝(繩索取心、水力輸送巖心工藝),能打斜孔,能采用不同的驅動方式,能借助任何運輸方式運輸,包括直升飛機,能在各種運輸底座上安裝動力頭。還應提高設備的標準化水平,應用遠距離過程控制技術改進鉆機的驅動和控制系統,研制司鉆智能輔助操作系統(信息處理與操作系統)等。
為了與巖心鉆機配套還應提高泵的產量,開發升降作業機械化的機具,生產配套的鉆塔。改進用於不同條件下的金剛石鉆頭,大幅度提高工作壽命,用於繩索取心鉆進的鉆頭壽命應接近國外鉆頭的水平。
對於水文地質鉆探有前景的技術是可用於傳統鉆機的移動式回轉頭,可用於液動沖擊鉆進、氣液混合鉆進的雙層鉆桿(雙管中心通道輸送液體以驅動沖擊器,而環狀通道送氣,在專用混合器中氣液混合再向下去清潔孔底)。鉆探工藝既要提高生產效率,保證水井的自然出水量和生態安全,又要簡化鉆孔結構,降低金屬耗量。對於工程地質和地質環境調查而言,合理的鉆探方法是用帶繩索取樣器(取土樣和水樣)的空心螺旋鉆桿。
進入20世紀90年代中期以來,鉆探工作量急劇萎縮,地質勘探機構的財政狀態惡化使形勢突變。由於鉆探工作量靠以前庫存的設備就可完成,所以對技術裝備的需求量降到了最低點。鉆探設備生產廠家進入了破產的境地。幸好前蘇聯時期形成的科技優勢並沒有完全喪失,近幾年進行的科研和設計工作不僅克服了不足之處,而且還使鉆探技術水平有所提高。
對“地質技術”專業設計局進行的調查表明,現在國產的鉆桿強度和壽命比國外產品高40%~80%。而國外產品的價格(同等長度)卻高出20%~50%,專用管材(用於水力輸送巖心的鉆桿)則高出2倍。據地質勘探單位提出的需求量估計,鉆探技術裝備及工具的銷售額約為800億~1000億盧布(按1997年價格)。如果在國外購買這些設備及工具則要花3000億~4000億盧布。同時今後還必須用更高的價格購買國外的備件和消耗材料,通常供貨商都是用這種方式來迫使妳就範的。最終,俄羅斯地質勘探隊伍就只能完全依賴於外國公司。當然,在生產單位急需的特殊情況下,在某種設備國內無法生產或在短期內生產不出來的情況下還是可以購買外國設備的,但用進口設備完成的鉆探工作量每年不應超過15000~20000米。
我們認為,保持國產鉆探設備的科技優勢與生產優勢不僅對俄羅斯有利,而且也符合哈薩克斯坦、烏克蘭和白俄羅斯等獨聯體國家的利益。
考慮到在自然資源部裏沒有負責地質勘探工程技術保障的部門,我們建議,應組建相應機構或對原有負責工程技術保障的機構進行重新考核登記,讓它們應承擔下述任務:
(1)定期分析國內外現狀,提出技術要求並監督工程技術保障工作的進展。
(2)制訂該領域的戰略計劃並協調科研與設計工作。
(3)在研究先進國外樣機的基礎上組織新技術新工藝的研究(設計)和試驗工作。
(4)開展科技進步方面研究成果的專利申請與保護工作。
(5)組織生產廠家的試生產和新技術開發工作。
(6)調查新設備與機具的銷售前景,了解需求情況並制訂生產計劃。
(7)組織新技術的推廣,包括現場人員的培訓與技術服務。
應聯合科研設計單位、聯邦所屬制造企業、股份制和國有企業與用戶的力量,協同工作,***同努力來完成上述任務。因此,有必要組建壹個配套的工程技術綜合中心,並命名為“俄羅斯地質工程技術中心”。中心的領導人可以是部門的總設計師(或經理)。中心應就新技術的研發、制造和推廣制訂戰略規劃,搞好組織協調,加強科研成果的專利保護,調整投資流向(包括新技術重點項目的撥款和對固定資產更新的重點投入)。
工藝技術方向的科研單位和專業設計局應研究用戶的需求、國際上現代工藝技術的水平,提出科研工作的建議並根據中心的任務加以實施。科研單位和專業設計局還應參加聯邦附屬工廠的新技術開發和試驗。中心可以技術入股的形式與已實現股份制的工廠合作。部門的科研所和專業設計局可與工廠的設計機構***同研發新技術,改進傳統設備。
對於執行聯邦重要任務的生產單位,也可在相關單位基礎上建立地方性的地質勘探技術(實驗室技術)開發和服務中心,以取得更圓滿的效果。