内生金属矿深孔钻探技术与管理
司百堂
(河南省有色金属地质矿产局)
为国家找大矿、找好矿,是地勘单位的基本职责和赖以生存的基础开发矿业,走探采一体化之路是新形势下增强地勘单位实力的方向探矿工程既是地质找矿不可缺少的方法,也是获取经济效益、提高综合竞争能力的重要手段。在我局制订的“突出主业、拓宽实业、发展辅业、致富家业”的发展目标中,将钻探、坑探等探矿技术归位于辅业之中,现就地勘单位钻探的地位、作用及深孔钻探施工技术和管理作一简要探讨,以便与大家商榷。
一、钻探工程在地质找矿中的地位
作为地质勘查单位,地质工作是核心,地球物理、地球化学、遥感、测量、槽井探地表工程等是前期地质工作不可缺少的方法和手段。当地、物、化、遥工作进行到一定程度的时候,将开始钻探验证,对矿体的规模、形态、厚度进行控制,同时取出岩矿心提交化验室测定矿石品位,物探测井又获取众多的地质信息。在现阶段,当物探等方法和手段对矿体的空间位置和矿石品位未能精确控制时,钻探工程是深部找矿不可缺少的重要手段。
钻探是找矿的重要手段众所周知,《信息找矿战略与勘查百例》一书中介绍的国外100个大型、特大型矿床的发现均与钻探密不可分。1957年开始地质工作的澳大利亚奥林匹克坝铜金铀矿床,于1975年开始钻探工程系统控制后,方取得重大突破,使该矿成为世界上最大的铀矿床和第六大铜矿床。在澳大利亚、南非、加拿大、美国等国家矿产资源勘查中,坑探工作在前期勘查中应用较少,深部验证主要是以钻探工作为主。我国著名的白云鄂博矿区、河南省的钼矿田、煤田和众多的铝土矿区的探明,均是在使用大量钻探工程后确定高级别储量的。过去钻探在地质勘查中发挥了重要作用,现阶段在“攻深找盲、探边摸底”勘查中,钻探更是地质找矿必须依靠的手段,因而,提高钻探技术装备水平和员工素质显得尤为重要。
二、钻探工程是扩大经济规模、获取经济效益的重要手段
近几年来我局每年承担的政府和社会地质勘查项目较多,年地质项目设计钻探工作量约7万~8万m。按我局1979年统计资料,当年开动钻机28台钻机,在16个矿区完成钻探工作量69997m,钻探技术工人和为之服务人员约1000余人。钻探工作不仅为地质找矿服务,同时安置了大量职工,保持了队伍的稳定和钻探技术的延续和发展。“九五”期间地质工作的萧条,使钻探工作量锐减,5年累计完成计划内钻探工作量10722m,大量设备闲置或改作他用,人员分流下岗,技术装备受到严重削弱。近四年来,我省利用“两权价款”项目基金为地勘单位设备更新注入了大量的资金,我局的钻探装备相应的得到了加强,目前成建制的岩心钻探设备有30余台套,按照现有设备规模,合理组织之后每年可完成钻探工作量10万m左右。2008年,我局计划内和社会地质项目中设计钻探工作量13万m,若全部由我局钻探队伍施工,可获得产值约5000万元,在安置人员、锻炼队伍、提高钻探技术水平、获取经济效益等方面将发挥较大的作用。
河南省煤田地质局有5个单位有钻探施工力量,钻深能力超过1000m的钻机约150台套,形成了强大的生产能力,大口径、超深煤矿通风、疏干、送冰孔,煤层气水平钻孔施工技术达到全国先进水平。近年来在河南、新疆、陕西、山西、内蒙古、吉林、贵州、云南等8省(区)从事煤田地质、煤层气、浅层石油、油页岩、煤矿通风疏干孔等钻探工作,年完成钻探工作量约在70万~100万m,年创造产值3亿~4亿元,不仅安置了大量职工并提高了钻探技术水平,又从中获取了显著的经济效益。煤田地质二队利用钻探收入改造老基地,使职工住宅区建成了全国文明社区。煤田地质四队利用钻探收入,出资1500万元完成了平顶山职工住宅区的水路改造、安装了煤气和暖气,职工生活质量得到改善。国内多家钻探公司和地质队在钻探施工方面的成功经验值得我们认真学习和借鉴,他们的实践证明,地质勘查单位钻探设备、钻探技术工人不是包袱,钻探施工业不仅为地质找矿提供了保障,又可以安置职工并保持队伍稳定,更重要的是可以增强单位综合竞争能力,提高单位知名度,并从钻探施工中获取巨额经济效益。
三、深孔钻探技术装备与施工技术
有色金属地质勘查队伍有其自身特色,在内生金属矿床的勘查方面积累了丰富的经验。由于内生金属矿床成因复杂,成矿作用中受到地质构造的严重制约,因而岩石的完整程度和力学性质差异较大,钻孔施工中易遇见诸如破碎带和蚀变带取心、硬岩钻进、钻孔弯曲、钻孔坍塌涌漏等技术问题。特别是在“攻深找盲、探边摸底”工作中,钻孔深度相对较深,钻进中所遇到的技术难题将成倍增加。若在老矿区的外围和底部勘查,受到前期采矿的影响,采空区密布,岩石松动,钻探施工所遇到的问题将超乎想象。
藤吉文院士提出,岩石圈内部第二深度空间金属矿产资源的探测深度是500~2000m。若设计钻孔深度2000m,按0~500m孔段,市场价每米钻探费用500元为基础,孔深每增加300m钻探费用提高30%计算,1701~2000m孔段,每米平均价1856.47元(各孔段钻探费用计算见表1),则单孔费用将需要201.3万元。若每300m孔段,钻探费用增加40%计算,则单孔费用将需要254.8万元。
表1 单孔段钻探费用计算表
单孔费用的计算只是按市场价为基础,若按《国土资源调查预算标准》,单孔费用还要增加。一个钻孔投入200余万元人民币,对地质勘查的决策和投资部门是一笔巨额费用,同时对钻探施工寄予很高的期望值。
(一)深孔钻探设备及工器具
1.钻机的选型
勘查深度1500~2000m的钻孔,受地层完整程度、岩石力学性质、钻孔口径、钻孔设计顶角等因素的影响,对钻机性能提出了较高的要求,选用重心较低、变速范围较宽、立轴行程较大的油压钻机较为适合。我局现有的XY-5、XY-6B立轴式钻机和CS1000P6、CS3001型全液压钻机,可以满足1000~2000m深孔的钻探要求,实际工作中按钻孔的设计深度选择钻机(表2)。需要注意的是,CS3001型全液压钻机属于自行整装式,可拆性差,爬坡能力25°,钻机本体宽度2.7m,爬行时自重22t,适用于平原、丘陵作业,若在山区施工必须修施工便道。
表2 钻探设备选型表
注:终孔口径以φ75mm为基准。
2.其他配套设备
为了提高施工速度和质量,常采用绳索取心钻进工艺。鉴于钻孔深度较大,钻孔内环状间隙较小,冲洗液或泥浆的压力损失较大,采取加大钻头外径措施后,BW320型泥浆泵基本可以满足2000m深孔钻进对压力的要求。而动力机则应与钻机和泥浆泵的需求相配套。至于钻塔除对强度和承载能力有严格要求外,其高度可以适当放宽。
3.钻杆的规格与型号
深孔钻探施工不确定因素较多,钻杆受力复杂,承受扭矩较大,钻杆和接头所用的材质要有足够的抗拉、抗压、抗扭、抗弯、抗剪强度丝扣的连接必须牢固可靠,易拧卸,密封性能好。为提高钻杆强度,可以加大钻杆壁厚,但是势必增加钻杆的重量,增加回转阻力,相应的降低了同型号钻机的钻进深度。国外在深孔岩心钻探中多采用铝合金钻杆,重量约为钢钻杆的1/2。由于壁厚增加,耐磨性强,寿命增加,抗冲击能力强,抗腐蚀性强。建议在增加技术装备时,采购铝合金钻杆进行大胆尝试。
目前内生金属深孔钻探,常用金刚石绳索取心钻进工艺,φ75mm口径为常规钻孔口径,国外钻杆采用NQ系列(φ69.9mm),国内钻杆采用φ71×5mm钻杆。
为保证深孔施工达到设计深度,将φ60mm口径作为备用口径,每个地勘单位应配备一套满足孔深要求的φ56×4.75mm绳索钻杆和取心钻具为满足复杂地层护壁堵漏的需求,尚应配备一套φ54×6mm普通钻杆和相应的钻具。
4.对取心工具的要求
现有的绳索取心钻具在一般地层可以保证岩矿心采取率,而对于蚀变带、破碎带岩矿心的采取应研制或引进质量可靠的取心钻具。石油钻进取油心的钻具质量可靠,但外径较大。如何根据石油采心钻具的结构,研制出φ75mm口径的质量钻具,将是实践中探索研究的内容。
5.对钻头结构和寿命的要求
深孔钻进使用绳索取心钻进工艺,由于钻杆外径与孔壁环状间隙较小,冲洗液在孔底循环时压力损失较大,随着钻孔的不断加深,泵压会急剧增高,影响正常作业。根据孔深、岩石松软破碎程度、是否使用泥浆等具体情况,适当加大钻头外径,控制在2~5mm之间。同时还应遵循钻头排队使用等技术规则。
深孔钻探用钻头,要有较高的使用寿命和钻进速度,延长钻头在孔底的工作时间,最大限度地减少起下钻次数。目前我国金刚石机械岩心钻探所用的钻头,多为国产人造金刚石孕镶钻头,金刚石级别偏低,钻头寿命偏短。在钻孔深度超过1000m之后,回转阻力增加,孕镶金刚石钻头所需要的高转速开不起来,可考虑采用天然金刚石表镶钻头或研制高寿命的人造金刚石孕镶钻头。为提高硬岩钻进效率,多准备异性唇面的金刚石钻头。
(二)深孔钻探施工设计与技术
1.深孔钻探施工技术设计
深孔钻探投入较大,地质期望值较高。要保证每个钻孔达到设计目的,必须有一套完整的施工技术方案,即按钻孔编制《单孔施工组织设计》。设计包括矿区地层条件和岩石的物理机械性质,设备与动力的选择,钻探机具与钻进方法的选择,钻孔结构与技术套管设计,冲洗液与钻进参数,质量与安全措施,效率与施工进度设计,施工组织与管理等。
2.钻孔结构与钻孔口径
根据地质设计要求,首先确定钻孔的终孔口径,再依据地层的复杂程度、采用的冲洗液类型、护孔方法、工艺技术,按照经济实用的原则,确定钻孔的孔身结构。
内生金属矿床岩石较硬,可能存在大量的破碎带,一个钻孔可以见到数层或数十层矿。2000m以浅的钻孔,终孔口径确定在φ75mm,若大于2000m,终孔口径确定在φ60mm。
岩石相对完整,钻孔结构简单。开孔口径φ110mm,以φ75mm绳索取心钻进至终孔,φ60mm口径做备用。
钻孔岩石比较破碎,节理、裂隙发育,破碎带、断层频繁出现,必须采用泥浆有效地护壁。这类钻孔开孔口径可以设计到φ150mm或φ130mm,准备φ127mm、φ108mm、φ89mm技术套管。仍以φ75mm为常规口径,φ60mm为备用口径。特殊情况下,φ75mm绳索取心钻杆也可以作为技术套管。
地质设计需要孔内测井或进行井中物探方法试验时,应根据入井仪器的外径确定钻孔的终孔口径,依次确定上部的钻孔结构。深孔施工费用较高,一次性投入较大,但获取的地质信息量也是大量的,当地质部门对钻孔口径有特殊要求时,应以地质部门设计为准。
3.深孔钻进冲洗液配方及性能指标
深孔钻进岩层复杂程度要比浅孔高若干倍,施工难度大,因而冲洗液的性能应满足深孔钻进要求。当进入一个新区,缺乏深部岩层资料时,从开孔就以泥浆作为冲洗液,在保证孔壁稳定的同时,简化钻孔结构,减少技术套管的入井量。根据不同地层条件,泥浆配方和性能指标推荐如下:
(1)较稳定地层采用不分散低固相泥浆。制备1m3泥浆,加粘土粉30~40kg,Na2CO31~2kg,水解聚丙烯酰胺(PHP)0.2kg,聚丙烯酸钙(CPA)0.2kg。泥浆性能:相对密度1.02,黏度18~20s,失水量小于20mL/30min。
(2)水敏地层、坍塌掉块地层的泥浆(腐殖酸钾泥浆)。制备1m3腐殖酸钾泥浆,加粘土粉50~80kg,Na2CO33~4kg,腐殖酸钾3~5kg,Na-CMC0.5~0.8kg。泥浆性能:相对密度1.15~1.20,黏度20~30s,失水量4~10mL/30min,pH值9~10。
(3)裂隙地层、涌水地层的泥浆(钠羧甲基纤维素泥浆)。制备1m3的泥浆,加粘土粉150~200kg,纯碱5~10kg,Na-CMC6kg。泥浆性能:相对密度1.3,黏度30~40s,失水量小于8mL/30min。
当有深部岩层资料后,完整地层可选用清水加润滑剂或无固相冲洗液,以实现快速钻进。
深孔钻进应针对地层的复杂程度合理配置泥浆并保持良好的护壁性能,将有利于钻进效率和钻孔质量的提高。深孔钻进必须配备泥浆性能指标测试仪,建立良好的泥浆循环系统,并配备有效的除砂设备。泥浆性能指标随着钻孔的逐步加深、岩性变化适当调整。
4.钻进技术参数
深孔钻进的钻压和转速不同于普通的浅孔,在800m以前的孔段可采用常规的钻进参数,当孔深大于800m之后,只要钻机有能力,尽量保持高转速,压力应根据岩石力学性质、可钻性、钻头的唇面形状和防斜的需要适时调整,泵量则根据环状间隙和钻进效率适度调整。
5.预防孔斜措施
地层促斜作用,导致钻孔严重弯曲。河南省桐柏县大河铜矿区设计钻孔顶角8°,孔深400m时钻孔轨迹偏离勘探线60m国内某钻探公司在非洲施工,孔深1300m时偏离勘探线300m,钻孔严重弯曲导致未能钻穿预想的隐伏矿体,使巨额投入未达到地质目的。深孔钻进在防斜方面应采取如下措施:控制钻杆与孔壁间隙采用不同类型的钻头,并控制钻压在用加大尺寸钻头时,使用扶正器换径时采用导正钻具。
6.深部钻孔的测井技术
深孔钻探除采取岩矿心、地质编录外,还应采用孔中物探测井技术,提高钻孔的利用程度,为地质找矿获取更多的地质信息。
7.开展深孔钻进技术攻关活动
深孔钻探投入大,周期长,风险高,钻探施工单位应结合具体情况组建钻探技术攻关小组,着重开发研究解决如下技术:老矿山周边采空区钻进与护壁,深孔钻孔结构设计,技术套管入孔与起拔,随钻测斜与纠斜技术,深孔定向钻进与分支孔施工技术,复杂地层钻进与取心技术等。
四、深孔钻探的组织与管理
1.深孔钻探施工的管理
深孔钻探包括施工组织和钻探技术两个方面。钻探技术和设备选型与配套前面已经叙述,生产的组织和管理也十分必要。超深钻孔的施工,我局经验不多,三队今年在山西省翼城县铁矿异常验证钻探施工中完成了一个深度1076.50m的钻孔,是我局在内生金属钻探方面施工的第一个深孔,积累了一定的深孔施工经验。但是此孔事故较多,施工时间过长,经济效益不高。
深孔钻探施工在设备器具配套的前提下,要有高水平的技术管理人员指导钻探作业施工,更需要熟练的技术工人来操作。今后在深部勘查中,将会设计更多的超深钻孔,钻探施工如何保证完成任务,将是我们面临的问题。目前情况下,局队两级管理部门应有钻探技术人员负责钻探生产的管理和技术研究,并需要培训一批熟练的技术工人。在设备购置、技术研究、人员培养等方面,重点向深孔钻探施工方面倾斜。
2.钻探技术工人的培养与使用
为发挥现有油压钻机和全液压钻机的作用,积极为地质找矿服务并取得经济效益,在组织管理方式方面需进行优化。应有技术和管理人员负责钻机的使用和维修,建议千米钻孔每台钻机配技术工人7人(机长1人、班长3人、钻工3人),其他8~10名工人可采用雇用临时用工的形式解决。钻探技术工人要经过技术培训,固定使用。工作作业方式按三班八小时工作制,既保证生产的正常进行又保持工人有良好的体力,最大限度地挖掘设备和人力资源的潜力。1500~2000m深孔施工,采用4班6小时工作制,技术工人足额配置,并配备2~3名技术人员。
目前全局岩心钻机有30台套,每台钻机按7名技术工人配置需要210人,但目前能胜任钻探工作的技术工人较少,且年龄偏大,需要招收一批合同制工人来操作钻机。河南省煤田地质局招收合同制工人的经验值得我们借鉴。首先,这批工人在技工学校通过钻探专业的技术培训其次,通过社会保障部门与工人之间签订长期用工合同再次,合同制工人按企业用工的方式管理,单位为工人缴纳基本养老保险、医疗保险、失业、工伤和生育等保险,缴费基数、缴费比例、享受待遇等均与社会企业工人一视同仁最后,合同制工人在工作期间享受同等待遇。所招收的工人其身份是合同制,隶属于当地劳动保障部门。除合同制技术工人之外,钻机上还需要普通工人,考虑到地勘行业工作的特殊性,这批人可以采用随用随聘的方式,并与工人签订临时用工合同,以保障钻机满员,尽力发挥技术设备的作用。
3.钻探装备的配套
近年来两权价款设备购置费的注入,使我局的钻探设备得到更新,但是在应用中存在钻杆不配套问题。比如XY-5钻机在购置时配备φ71mm绳索钻杆,正常情况下可以保证施工,岩层复杂、钻孔坍塌漏失,需要频繁提钻或注水泥浆护壁时,绳索钻杆就失去了优势。建议每个地质队应配置一套普通钻杆以适应钻探生产的需要。
4.优惠政策与要求
为保证全局现有钻探设备发挥应有的作用,在我局地勘单位钻探工作量向外发包时,优先考虑自己内部的钻机,给他们创造一个较为宽松的内部环境。局内部钻探设备的使用在现阶段以队为单元,若集中力量向社会上承揽工程时,则以岩土公司和四队为龙头,发挥他们甲级资质和管理的优势。局内部各种类型的设备应建立台账,提高设备的有效利用率,按时提取设备折旧费,不得将设备租赁给个人经营。
马坑铁矿区内矿产资源丰富。据记载,矿区开展地质工作始于1913年,前期主要集中在龙岩—坎市一带早二叠世煤系地层分布区。矿区中矿段太保林地表受到F1断层影响,地表矽卡岩褐铁矿发现较早,据说百年以前已有小型的人工采矿和冶炼遗迹。1956~1957年先后有冶金806队、华东地质局378队、安溪地质队、有色金属309队进行普查或者踏勘,开展少量山地工作,未能发现隐伏铁矿(均认为地表矿规模小,远景有限给予否定)。1957年10月,华东地质局403物探队在矿区进行1:10000磁测,发现有长宽达4000m×1000m的磁异常,从而揭开了探索本矿区深部隐伏磁铁矿的序幕。1958~1982年,在大量地质及科研工作的基础上,开展了三个阶段矿区勘查钻探工程,完成钻探工作量141998.65m,探明铁矿储量4.79亿t,伴生钼矿8.29万t,是华东最大的铁矿床。2010年3月~2013年12月,随着“攻深找盲、探边摸底”为重点的新一轮地质找矿工作的开展,福建省第八地质大队在马坑外围石岩坑铁矿区开展深部钻探,完成钻探工作量10527.81m/12孔,初步探求铁333+334?资源量1.14亿t,远景资源量2亿多吨。
福建马坑铁矿是国内著名的特大型磁铁矿床之一。矿床具有储量大、埋藏深、层位稳定、可造性好、矿坑涌水量大等特点,经规划论证,可建设年采选600万t以上规模的特大型矿山。在矿区近百年的勘查历史中,钻探工程的开展主要分四个阶段。
第一阶段:1958年3月~1962年3月,普查和初步勘探钻探
1958年3月~1962年3月,福建省地质局第四地质大队对马坑矿区进行了普查和初步勘探,共施工钻孔39个,计9524.97m,证实深部矿体为一较大的隐伏磁铁矿体。
该次初步勘探主要在71~87线间(即中矿段)海拔+170m以上,用400m间距进行控制,求得C1+C2级铁矿储量5139万t,其中C1级储量849万t,伴生钼金属量6617t;对71线以西(西矿段)也有少量钻孔控制;87~91线(东矿段)钻孔也已见矿。
第二阶段:1971年4月~1976年3月,中矿段勘探、西矿段普查评价钻探
1971年4月~1976年3月,福建省地质局地质一团对马坑中矿段(71~87线)进行勘探,施工104个钻孔,计36064.69m;对马坑西矿段(71线以西)进行普查评价,施工11个钻孔,计4596.53m。
该次勘探主要是对中矿段矿体用100m×100m与200m×(100~150)m进行控制,共求得B+C1+C2铁矿储量1.15亿t,其中B级储量1652.78万t,C1级储量6824.18万t;辉钼矿总量12160.35t。
第三阶段:1976年3月~1982年4月,西矿段详查-勘探钻探
1976年3月~1982年4月,福建省地质八队对马坑矿区西矿段进行了详查-勘探工作,完成钻探工作量101337.43m/163个孔(含水文孔)。
该阶段详查-勘探工作,提交了《福建省龙岩市马坑矿区西矿段铁矿详细勘探地质报告》,求得铁矿A+B+C级储量44673.17万t,其中A级储量5906.96万t、B级储量26138.18万t、C级储量12628.03万t;钼矿金属量74761.73t。
第四阶段:2010年3月~2013年12月,马坑外围石岩坑铁矿区深部钻探
2010年3月~2013年12月,随着以“攻深找盲、探边摸底”为重点的新一轮地质找矿工作的开展,福建省第八地质大队在马坑外围石岩坑铁矿区开展深部钻探,完成钻探工作量10527.81m/12孔,初步探求铁333+334?资源量1.14亿t,远景资源量2亿多t。
由于马坑铁矿勘查历史相对较长,有些资料收集难度大。通过请教当年实施找矿勘查的老一代地质工作者,系统收集、整理再现福建马坑铁矿勘查钻探技术方法研究与应用的文字资料、照片与实物资料,全面总结钻探技术在马坑矿区找矿中的作用、应用、价值等情况。研究发现,马坑铁矿各勘查阶段应用的钻探技术手段,反映了当时全国钻探的技术水平,具有较高的保留和传承价值。这一成果,为基地开展钻探科研、培训与科普积累了基础素材。马坑铁矿各阶段主要钻探设备及方法见表1.1。
表1.1 马坑铁矿各阶段主要钻探设备及方法
续表
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有色金属华东地勘局成立于1955年3月,曾先后隶属于国家重工业部、冶金工业部、中国有色金属工业总公司和国家有色金属工业局,是我国专业从事固体找矿、能源勘探领域中一支重要的队伍,也是我国为数不多的既能进行地质勘查又能承担国家“973”等高端科研项目的队伍之一。改革开放的前30年,该局主要从事固体矿产资源的地质勘查工作,在华东地区探明和发现了包括金、银、铜、铅、锌、锑、钼、锗等有色金属、贵金属和铁、锰等黑色金属矿床、矿点160余处,资源储量价值达数千亿元。江苏省境内90%以上的有色金属矿产资源和重要的非金属矿产资源,都是该局地质工作者辛勤工作的结晶。改革开放初期,由于受国际国内环境的影响,全国地勘事业曾一度陷入低谷,然而,身处于逆境中的华东地勘人始终坚信资源是人类的生存之基、社会的进步之本,在困境中谋求发展,在工作中不断创新。一方面继续发挥地质找矿的技术优势,保留精干队伍活跃在固体矿产资源勘探找矿领域,加大地质找矿的力度另一方面顺应改革开放的大潮,利用人才和技术优势,深入拓展油气资源勘探、工勘岩土和社会地质服务等。经过近20年的发展,该局的能源物探技术日臻成熟,专业的物化探队伍已成为全国石油物化探勘查领域的领先者,先后承担了国内大庆油田、胜利油田、江苏油田等大油气田及蒙古国等100多个油气勘探项目。从事工勘岩土和社会地质服务的企业,也已成为全国工程地质、水文地质、岩土施工、工程检测和监理等领域的知名队伍。
有色金属华东地质勘查局现有职工4000多人,下属8个地质勘查单位,7个科研机构,22个矿山、工勘、钻探等企业。拥有区域地质调查,固体矿产勘查,地质灾害防治工程勘查施工,水文、工程、环境地质调查等14个甲级资质、8个乙级资质。拥有各类专业仪器设备200多台(套),专业软件30多套。
一、发挥优势、把握机遇、谋求发展
地质矿产业是华东有色地勘局的立局之本。该局依靠地质队伍的技术优势,根据形势变化,及时调整重点和方向,谋求快速发展。其中,华东有色地勘局814队就是一个典型。该队成立于1956年,是一支从事地球物理、地球化学勘探、测绘工程的专业队伍。在上世纪80年代中期后,固体矿产勘查业走入低谷,金属矿找矿任务相对较少,814队充分发挥自己的技术优势,及时调整工作重点,利用物化探的专业优势,成功进入石油市场。自1986年首次承接青海油田柴达木盆地南冀山高精度重力勘探项目以来,814队在青海、新疆、东北三省、内蒙古、山西、陕甘、两湖、两广、云贵、皖赣、浙闽及江苏等二十多个省(区)的十多个油田开展了油气物化探勘查。物化探总施工面积数十万平方千米、剖面数万千米、油田地下管线探测面积55平方千米。提出了4个油气远景区,发现了16个较为可靠的有利圈闭与6个局部重力异常区。相继在云南东川、新疆沙泉子发现了中等以上规模的铜矿。2005年还第一次承接并圆满完成了境外工程——蒙古国塔木察格重磁勘探项目,为进一步拓展国外市场奠定了坚实的基础。
二、重视内部机制完善,坚定不移地走“探采一体化”的路子
有色金属华东地质勘查局面对新形势,树立主动改革意识,向管理要效益,明确“探采一体化”的发展思路。全局上下牢固树立了“改革比不改革好,早改革比迟改革好,主动改革比被动改革好,内力驱动比外力推动改革好”的观念坚持在地勘局内部实行企事分开。并分别建立适合事业机制和企业机制的考核和利益分配体系推进队级单位体制和管理创新,完善企业法人治理结构,实行“企业化”的用人机制和分配机制结合自身情况确立了“矿产开发先行,带动发挥勘查优势”的发展思路积极实施走出去勘查开发矿产资源的战略并取得可喜成效。福建省尤溪金东矿业有限公司为有色金属华东地质勘查局控股的铅锌采选一体化企业。该公司建有完整的采矿、选矿生产系统,拥有独立的矿山、日处理矿石量400吨的选厂、设备完善的化验室、严格按规范建设和运行的尾矿库。公司年采选矿石16万吨以上,铅锌综合品位8~10度,金属回收率保持在88%以上,产值和利税连续3年保持了两位数的增长。江苏华东建设有限公司是有色金属华东地质勘查局开辟地质延伸产业,专业从事矿山工程设计与施工、地质工程、环境工程、建设工程设计与施工的企业集团,下属华建总公司、华都公司等7个建筑子公司。该公司连续15年被资信评估机构评为“AAA”资信等级,2006年被评为“江苏省建筑业最佳企业”。公司全面推行质量、安全、环境管理体系,其严格的管理,过硬的技术,优良的质量,赢得了顾客广泛赞誉。金鹰国际集团、香港新世界集团、台塑集团、新加坡泛亚集团等均为该公司顾客,双方建立了良好的合作关系。
2006年以来,有色金属华东地质勘查局加快产业结构调整步伐,提出“高层次提升地质业、加大矿业开发力度”的战略举措,稳步构建地矿产业链,大力开展“第二次创业”。在东部地区“攻深找盲”和中西部地区寻找资源上取得了新的进展。重点加大对溧水观山铜金矿深部、宁镇中段铜多金属矿深部、宁芜蒋门山金铜矿、梅仙地区铅锌矿外围找矿的广度,深入开展安徽池州、福建尤溪等地深部找矿勘查工作。高度重视现有矿权和新增矿权的开发和运作,对局现有的40多个矿权项目,逐个排出开发计划,明确专人开展工作。对能够较快产生较好经济效益的甘家巷、卧儿岗、王浩等项目,抢时间、抢进度,目前已取得实质性进展,部分矿点即将投入开发阶段。同时,该局依托自身地质找矿的技术优势,积极组织外围找矿,不断开拓矿业开发的新资源,新优势。目前该局在已开发的矿山——金东公司外围,已经找到了大量可接替资源,有效扩大了优质矿业资源的覆盖范围,巩固全局的效益源泉。以金东公司为主体改制上市,迅速打造矿业经济发展融资平台的工作已在进一步推进之中。
三、注重队伍建设和人才培养,提升持续发展能力
“十五”期间,华东有色地勘局坚持以人为本,通过制定激励政策,采取引进、培养、造就、提升等手段,努力构筑人才高地,取得较好效果。如对新引进的人才在住房补贴、岗位津贴方面享受特殊政策,引进高级人才,以提高自身科研和找矿理论水平,并分别与中科院和一些高等院校加强联合,培养骨干。重视队伍建设,提高了单位竞争力和持续发展能力。有色金属华东地质勘查局与南京大学共建了深部找矿理论与技术研究院。该院通过申请和参与国家自然科学基金项目、国家973项目、国家科技支撑项目以及局地质科技攻关等项目,运用地质、地球物理、地球化学和遥感地质等综合示踪手段,加强对研究区矿床地质、区域地质乃至全球地质的对比研究,掌握和了解研究区深部成矿过程和机制,建立相应成矿模型,为有色金属华东地质勘查局找矿和勘探提供了强有力的地理理论支撑和技术支持。
华东有色地勘局的发展实践,对地勘单位改革与发展具有重要启示:一是坚持以需求为导向,树立大地质观念,充分发挥地质工作作为资源基础、环境基础和工程基础的多功能作用,融入地方经济,壮大地勘产业二是坚持事企分开、因地制宜,注重转变内部经营机制,实行企业化管理三是确立大力发展地质勘查主业的战略方向,积极到省外和境外开展地质找矿的工作,努力为全面建设小康社会提供矿产资源保障四是积极争取地方政府资金和政策的支持,抓住机遇,加大改革工作力度五是正确处理改革、发展和稳定的关系,努力构建和谐地勘队伍。
在深井钻探过程中,由于钻杆柱在套管内的长时间旋转运动,钻杆接头等部位与套管内壁研磨,导致套管存在不同程度的磨损。钻井时间越长,钻杆作用在套管上的侧向力就越大,由此引起的套管和钻柱摩擦与磨损问题就越来越突出;同时化学腐蚀也越来越严重。所以对套管质量和使用中套管质量的检测对超深井钻探来说是非常重要的。
套管检测包括:套管质量地面检测和套管磨损井内检测。
4.1.1 套管质量检测
国内外的统计资料表明,尽管套管生产厂在套管出厂前进行过在线检测,但由于种种原因,还有约3.5%~5.5%有缺陷的套管出厂。因此,在超深井钻探施工中,必须采用先进的检测手段对所用套管进行可靠的缺陷检测。套管质量检测需采用无损伤检测方法。
(1)超声波探伤方法
超声波探伤仪的种类繁多,但在实际的探伤过程,脉冲反射式超声波探伤仪应用最为广泛。一般在均匀的材料中,缺陷的存在将造成材料的不连续,这种不连续往往又造成声阻抗的不一致,超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射,反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。
超声波探伤常用的仪器设备是中国科学院武汉物理研究所科声技术公司研制生产的多通道数字式超声波探伤仪,它能满足从多个探伤面同时进行多种缺陷的全面检测的需要,并能实现自动扫描、数字化控制和数据采集,从而提高了探伤的速度和超声波探伤的可靠性,可实现对被检测件的自动探伤。
应用多通道数字式超声波自动探伤技术进行原油套管的自动化检测,应从如下3个方面考虑:①具有满足石油套管进行自动探伤的超声波自动探伤仪;②为石油套管自动探伤设计合理的超声波探伤方法;③具有满足自动探伤技术要求并配套的机械设备。目前,除螺纹和接箍部分的探伤需要进行试验研究以外,其他部分均为较成熟的或可以实现的技术。
科声公司生产的多通道数字式超声波探伤仪具有5个特点,是应用超声波自动检测必须具备的条件:①仪器具有较高的重复频率,能保证实现较高的检测速度和探伤密度;②各个通道性能一致,确保读数精确、可靠。在检测过程中,对同样的缺陷在不同的通道检测时,应有同样的结果,这样就不会漏检和误检,以便于缺陷的定量和设立探伤工艺标准;③适应能力强,在实际应用中往往要求使用不同的工作频率、不同的量程范围和不同的灵敏度,探伤仪能适应这些场合的探伤工作;④能自动进行伤波识别和报警,在自动探伤场合探伤人员监测伤波是不可取的,所以探伤仪的功能已经从对超声回波的拾取、显现,引申到了自动读数、自动补偿、自动定量、自动识别、自动报警;⑤抗干扰能力强,在工业现场往往有行车、电机等的存在,自动探伤机受电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度变化的影响。自动探伤仪能在这种环境下连续工作,排除杂波干扰,能减少误判和漏检,进行自动探伤。
(2)漏磁探伤方法
漏磁探伤方法是继超声波后新发展起来的一种探伤技术,探伤的基本原理是通过外加强大的磁场对铁磁性材料进行磁化,当被磁化的铁磁材料存在缺陷时,即在材料表面形成漏磁场,通过检测线圈或霍尔元件检测到的漏磁场电流或电压大小,反映出缺陷的大小和位置。其中直流局部磁化方法应用较多。
国外20世纪70年代中期开始研制实用的漏磁探伤设备,以后推出了多种漏磁探伤仪,比较有名的厂家是德国的Forster公司和美国的Tupboscope公司。目前国内使用漏磁探伤仪的厂家有上海宝山钢管厂和成都无缝钢管厂。分别使用Forster公司和Tupboscope公司的产品。
宝钢套管、油管检测是在其两端未加工螺纹和未装接箍之前的光管上进行的,检测速度为3根/min,用漏磁检测套管两端不可检测的盲区为10mm,然后用专用的磁粉探伤设备再检测套管两端350mm的部分。磁粉探伤5根管子同时进行,在1min内完成,然后用人工观察缺陷。宝钢的漏磁探伤设备有两种类型,一种是探头固定不动,管子直线通过;另一种是探头直线运动,管子原地旋转。宝钢用漏磁探伤套管、油管时,严格执行API SPE 5CT标准,对各种规格、钢级的套管、油管都按标准做出人工标准伤样管,当被检管子的规格和钢级发生变化时,就要用样管对仪器和探头校准。宝钢的漏磁探伤采用直流周向磁化的方法对套管、油管进行磁化,能检测到管体内外表面及内部的纵向缺陷,如果发现表面有划伤等缺陷时,要进行表面修磨,然后再进入检测线检测,如果剩余壁厚大于87.5%t(t为套管壁厚),可以作为合格管出厂,否则报废。
中国有色金属工业总公司无损检测中心开发研制了旋转式漏磁探伤设备,并用于旧油管和旧钻杆的检测。这套检测设备在胜利油田滨南采油厂投产并通过鉴定。这套自动探伤系统的特点是:①检测速度10m/min,每2min检测一根管;②分两组探头,一组检测接箍,一组检测管体,管体部分由8个探头组成,管体旋转速度和探头移动速度合理匹配,保证覆盖管体全表面;③磁化方法采用直流周向磁化,能检测到内外壁的纵向缺陷;④对于旧油管、钻杆,由于没有统一的检测标准,滨南采油厂暂定为剩余壁厚小于70%t时判废,并以此标准制作人工伤样管;⑤设备具有声光自动报警、波形记录、对缺陷处自动作标记并具有数据统计、打印报表等功能;⑥采用变频调速装置及可编程控制作为整个机械设备的动力和控制手段;⑦磁化装置至少连续工作10h不发热,经退磁后,被检测管子可以吸不住M3的螺母。
(3)涡流探伤方法
涡流探伤是用一个高频振荡器供给激磁线圈激磁电流,并在被检测件周围形成激磁磁场,该磁场在被检测件中感应出涡状电流。涡流又产生自己的磁场,涡流磁场的作用抵消激磁磁场的变化。由于涡流磁场中包含着套管状况不等的各种信息(如钢管材料中存在的各种缺陷),仪器通过检测线圈把涡流信号检出,进行滤波、鉴相、放大等处理,并抑制非缺陷的各种噪声信号(如材料性能的差异、运动不平稳等),以此来判别套管中缺陷的存在。涡流探伤有点探头式和穿过式两种基本方法。
涡流探伤应用于套管自动检测生产线主要应考虑这样几个问题:①由于套管壁厚一般大于7mm(各种规格套管的壁厚不等),而涡流探伤的灵敏度是随着缺陷的埋藏深度的增加而降低的,因此,要采用磁饱和技术提高涡流检测的穿透深度,实现对整个套管壁厚的检测;②由于涡流检测对许多因素都很敏感,其中有些是由加工工艺造成的,如电导率、化学成分、磁导率以及几何形状等的变化;而另一些则是与管材无关的测试因素,如耦合状况的改变,探头与管子之间的振动等,因此,涡流探伤的信号处理和分析技术与漏磁技术相比要复杂一些,特别是对于像套管这样大直径的钢管更是如此。
国内有很多单位,如上海有色金属研究所、北京有色金属研究设计院、厦门涡流检测技术研究所等,相继研究成功多种规格的涡流探伤仪,这些设备的技术性能都能满足常规的探伤要求,某些先进设备的技术性能已达到国外20世纪80年代的水平。
4.1.2 套管磨损检测
在井内的套管不可避免地受到不同方式、不同程度的伤害,甚至是损坏,一般包括机械损伤和化学损伤两种。套管的机械磨损是由与套管内壁相接触摩擦的其他物体引起的,主要是钻杆、钻杆接头、底部钻具组合、钢缆及尾管等,而旋转引起的磨损程度远远大于滑动导致的磨损;井内泥浆和地层流体会对套管造成一定的化学损伤,随泥浆的化学成分和地层流体特性,对套管的腐蚀程度不同。随着钻井周期的延长,套管磨损程度加剧,如不采取措施,则会出现套管先期损坏的现象,严重的会使井报废。套管损伤对井内安全影响很大,因此,超深井套管损伤的检测显得十分重要。
工程测井很多仪器都有套管质量和固井质量检测功能,其性能和功能见表4.1。国外测井仪器耐温、耐压指标都较高,耐温指标多为175℃。相比而言,国内仪器耐温、耐压指标较低,应注重研发耐温超过150℃的仪器。
(1)MID-K测井仪
MID-K测井仪器是俄罗斯生产的进行多层套管伤害探测的测井设备,MID-K测井仪器共有3个测量探头,包括1个纵向探头和2个横向探头(图4.1)。纵向探头是对套管沿轴向的伤害进行测量;横向探头对套管横切面上的损伤进行测量。测量的信息是感生电动势的衰减谱,对衰减谱进行采样得到多条不同时刻记录的曲线,不同时间与管柱的径向位置相对应。该测井仪根据不同位置管柱对应的不同衰减时间段对衰减谱进行放大,从而达到对不同位置管柱的探测,以3层管柱为例,可分为远区、中区和近区,分别对应外层、中间和内层管柱。
表4.1 工程测井仪器一览表
图4.1 MID-K仪器结构示意图
MID-K测井仪共记录了5个不同区间和方向的感应电动势时间衰减谱,包括3个不同时间区间的纵向探测器探测的感应电动势衰减谱以及2个横向探测器探测的感应电动势衰减谱,由270条感生电动势曲线组成,曲线间的采样间隔为2.5ms(图4.2)。
(2)PIT套管检测仪
PIT(Pipe Inspection Tool,套管检测仪)是一种磁法测井仪器,采用多个推靠式极板,用同时测量漏磁通和涡流的方法检测套管内外壁的缺损(漏磁通法测量套管壁总的缺损,涡流法检测内壁缺损),解释腐蚀和穿孔状况。由于采用极板,PIT仪器分3种规格,以适应不同的套管直径。适应5in套管的仪器有8个极板,可分辨5mm孔眼,耐温175℃,耐压104MPa,长4.7m,质量160kg,最小通径110mm,推荐测速1100m/h。PIT仪器的前身技术产品是国内早已引进的斯仑贝谢公司20世纪70年代仪器PAT。PAT仪器使用上下两套极板组,对每个极板组只记录两个数据,即涡流量和漏磁通量。与PAT仪器的不同在于PIT对每个极板都记录涡流量和漏磁通量,能显示井周方向上套管腐蚀和穿孔的细节。仪器对套管变形不敏感。
图4.2 MID-K测井解释成果图
(3)MIT多臂井径成像仪
MIT(Multifinger Imaging Tool,多臂井径成像仪)是英国Sondex公司生产并由哈里伯顿公司代理的40独立臂井径仪,采用相互独立的机械测量臂带动40个LVDT(线性变化差动变压器)传感器分别测量套管内径。仪器质量28kg,长1.6m,耐温150℃,耐压104MPa,外径70mm,测量范围76~190mm,半径测量精度和分辨率为0.76mm和0.08mm,推荐测速540m/h,纵向分辨率2.5mm。与老式多臂井径仪器不同,MIT对每一个测量臂分别给出测量结果,同时输出40条半径曲线以及最大、最小、平均半径。仪器还有测量斜传感器,测量精度为4°。
(4)CAST-V井周声波扫描仪
CAST-V(Circumferential Acoustic Scanning Tool-Visualization,井周声波扫描仪)采用脉冲超声回波方法对井壁进行扫描,可用于裸眼井和套管井,在套管井中可同时检测套管和评价水泥胶结质量。CAST的旋转探头旋转速度10周/s,每转1周发射和接收200次超声波,回波到达时间和幅度用于套管内壁成像,回波共振频率用于计算套管壁厚,回波共振衰减时间用于评价套管-水泥环界面(I界面)胶结状况。仪器长5.5m,外径92mm,质量143kg,耐温177℃,耐压138MPa,可用于114~330mm井眼,垂向分辨率7.6mm,推荐测速360m/h(图4.3,图4.4)。
(5)DHV井下可见光电视
DHV(Down Hole Video,井下可见光电视)的工作原理与常规摄像头相同,采用光学聚焦系统和CCD传感器把可见光图像转换成电信号,并通过电缆传送到地面;井下仪器还携带了照明光源。近年来DHV技术发展较快,镜头焦距可调,采用不沾油涂层和光源后置技术使图像更清晰,广角镜头在水中视角可达55°,信号传输由光缆改为普通单芯电缆,仪器耐温、耐压指标提高到了177℃、104MPa,外径仍然为43mm。
图4.3 超声成像套管测井解释
图4.4 套管片状腐蚀与点状腐蚀的超声波成像
DHV相当于在井下仪器上安装了人的眼睛。在井下流体透明度比较好的情况下,可以清楚地见到井下落物的鱼顶、套管射孔孔眼及有无石油或天然气产出。如果有石油产出,可以见到油泡在射孔孔眼处断断续续地冒出;如果有天然气产出,可以见到断断续续的白色泡状产出物,如泉眼里冒出的气泡一样;如果套管有破裂或错断,还可以见到破裂或错断口,甚至可以见到破裂口或错断口处流体进入情况(图4.5)。
图4.5 套管破裂井下电视照片
(6)数字化套管探伤仪
DVRT可以确定套管是内伤还是外伤,损伤穿透深度,损坏点准确位置等。对孔洞直径为9.5mm,相对穿透深度为30%以上的损伤均能做出正确判断。
DVRT套管探伤仪(图4.6)是由美国Atlas Wireline Services最新研制生产的数字化套管探伤仪,它由一个安装在心轴保护箱内的电磁铁和探测器及三部分电子线路组成。其中两个电子线路部分(分为上下两部分)也安装在心轴保护箱内,另一个控制器部分电子线路安装在一个单独的保护箱内,并与心轴的顶端相连,电子线路部分是经过特殊设计,可适用于4种不同心轴尺寸的DVRT仪器。
DVRT仪器的心轴由许多独立的极板组成,并以两个一组相互搭接的方式排列,以保证对套管四周进行全方位探测,每个极板上装有两个直流通量泄漏测试器及两个涡流测量线圈(EC)。
数字化套管探伤仪通过测量直流通量的泄漏来确定套管损伤的穿透程度。为了保证能对套管四周的腐蚀损伤程度进行全面而完整的测量,DVRT采用了很高的采样速率,可同时记录12道或24道测量数据。测量时根据仪器心轴的大小可进行12道或24道涡流(EC)测量,用来确定直流通量泄漏是发生在套管的内表面还是外表面,从而进一步确定套管是内伤还是外伤。其中114mm和140mm两种心轴同时记录12道FL(直流通量泄漏)和12道EC,而178mm和219mm两种心轴记录24道FL和24道EC。每一道波形记录都被完整地保存下来。所有波形均在井下数字化后传至地面,再经测井分析专用软件进行现场分析或后处理,在提供高质量显示结果的解释报告同时,可帮助现场进行决策,明显提高了工作效率。
(7)数传工程测井组合仪
数传工程测井组合仪由仪器头、磁性定位器、扶正器、方位仪、遥测仪、井壁超声成像测井仪及声波井径仪几个部分组成。
图4.6 DVRT测井仪器
仪器的主要技术指标:外径Φ90mm;工作环境温度-35~150℃;耐压75MPa;方向角范围及精度为0°~360°、±6°/h;声波井径精度±1.5mm;声波井径范围90~180mm;孔眼分辨能力≥8mm;纵向裂缝的分辨能力≥2mm;适用介质为油、水、泥浆(密度≤1.4g/cm3)。
数传工程测井组合仪进行多参数组合,能准确地指示出井身状况及套损方向,更直观、形象、具体地检测出各种程度和各种类型的套损及其方位,可为油水井套损机理、预防、修井、报废等提供详实可靠的资料。
(一)探矿工程
一般所称的探矿工程包括钻探和坑探两大类。新中国成立后,为满足国家经济建设对矿产资源的需求,50年代,探矿工程有了长足的发展,先后在本省组建的20多支勘探队,都配备了苏联的手把式钻机,推广当时苏联一整套钻探施工管理办法和生产技术工艺,钻进深度可达五六百米。坑探工程也由人工掘进向半机械化前进了一步。但到了50年代末,由于片面追求速度,地质勘探队内强调以钻探为龙头,忽视钻探施工的目的性,忽视钻探本身的工作质量,忽视技术进步,使探矿工程的效益和技术进步受到影响。1962年,钻探技术改造开始得到重视,引进了瑞典油压钻机,推广了YN-7型双管钻具、内管半合式及喷射式反循环钻具,钻头磨料以钢粒代替了铁砂。钻进操作由手把式给进改为手轮给进,机械转动由中间轴皮带带动改为联轴机直接转动,人工扭管改为机械扭管,不停车倒杆等等,提高了钻探效率和质量,减少了不安全因素。在坑探工程方面,开始使用机械打眼,机动湿式凿、通风和轨道运输等设备,改善了劳动条件,提高了掘进效率。1966年,省地质局第九地质队采用加固500型钻机,钻进深度达1000多米,为发现大红山铁矿做出了贡献。1965年,省地质学会成立探矿工程专业委员会,收到钻探专业的论文21篇,坑探专业的论文14篇,其中,李伟男的《关于保持岩、矿心原生结构问题的探讨》,欧阳申的《地质勘探坑探机械化的探讨》,反映了当时探矿工程的技术水平。60年代后期,即“十年动乱”的前半期,探矿工程基本处于停产状态。70年代初,省地质局第九地质队开始推广使用金刚石小口径钻进工艺,为解决磁性矿体中的钻进、小口径钻孔测斜问题,研制成功小口径测斜仪。第十四地质队在蓝石棉矿区钻探中,试验分支定向钻孔,多点取心,以钻代坑,对加快勘探速度起了显著作用。在钻孔护壁方面,开始采用化学处理剂,以及低固相、不分散和润滑剂等冲洗材料。
1979—1985年,金刚石(钻头)钻探、冲击回转钻探、定向钻探等多种技术得到广泛应用。坑探工程在推广使用“三线二钻”(三线指中深坑道、短浅坑道、浅井机械化作业线;二钻指取样钻、坑道钻)的同时,推广了定向爆破、喷描支护、非电导爆等技术。这一期间,探矿工程技术可概括为五个大转变,即:钻探磨料从硬质合金、钢粒为主向硬质合金、金刚石、金刚石聚晶压块为主转变;钻探设备从手把式老系列设备向具有高、低及常速钻机、变量泵、轻变钻塔转变;钻井液从高固相细分散向低固相非分散和无固相转变;钻探工艺从单一回转正循环向多种钻探工艺转变;坑探从手工作业向单项作业机械化和综合机械化转变。岩心钻、取样钻、水文水井钻、工程地质钻、砂钻、石油钻均具备,构成了一个较完整的系列。金刚石钻头钻探、绳索取心钻探、定向钻探和坑探机械化的配套程度正在提高。1980年,云南石油勘探指挥部在滇东坝林构造上钻进一口深井,深4435米,是本省境内已完成的最深井,也可代表这个时期的钻探技术水平。
在探矿技术开发研究方面,也有较大进展。1982—1985年,省地矿局刘国经研制的SX54-Ⅲ型液动冲击器和LZF-1型提引水龙头,构思独特,结构简单。冲击器属国内首创,经过生产试验,比普通回转钻进平均小时提高效率30%-50%,回次进尺提高50%左右,进尺的单位成本有不同程度降低。水龙头密封性能好,不仅是冲击器的配套设备,而且是一种适用范围宽的钻探通用设备。正在研制的软土取土器,已取得了较好的使用效果。
(二)地球物理探矿
新中国成立后,随着地质矿产事业的发展,物探工作相应发展。1954年,地质部地球物理探矿处在个旧(五○一队)建立物探专业队,承担个旧矿区及其外围的磁法、直流电法勘探。1956年,地质部组建西南物探大队,个旧物探队归属该大队,为三○一队;同时,三一一队在武定,三一三队在墨江从事物探;1958年,在此基础上改组成昆明物探大队,1959年下放给省地质厅。除原有地面磁法、直流电法勘探外,增加了重力勘探、放射性测井等工种,并配合部物探局九○四队、九○二队开展航空物探。冶金、石油、煤炭等部门的地质单位也先后组建了物探专业队。1970年,石油工业部在云南成立石油勘探指挥部,由四川调入两个地震勘探队组成云南石油地震大队,寻找油气。1973年,中国人民解放军00933部队成立水文物探排。1983年,省地矿局物探队改称地球物理地球化学勘查队(简称物化探队),增加了地球化学勘查项目。
1.磁法勘探
50年代以引进西德悬丝式磁力仪和苏联M-2刃口式磁力仪为主。在个旧锡矿、武定至罗茨一带的铁矿、与超基性岩有关的铜镍矿的勘探中,磁性勘探取得显著的效果。1958年九○四航空物探队在红河以东开展航空磁测,到1985年底实际完成控制面积29.7万平方公里,发现了一批重要的找矿信息。60年代以来,国产悬丝式垂直磁力仪代替了进口刃口式和悬丝式磁力仪,地面磁法勘探得到广泛应用,航空磁测异常得到检查和验证。1965年在罗茨温泉探到隐伏富铁矿,1966年在新平大红山探到火山岩型隐伏大铁矿,1971年在景洪大勐龙发现铁矿多处,1979年在弥渡金宝山发现铂钯矿,磁法物探均起了一定的作用。
2.重力勘探
1954年,五○一队在个旧开始对重力勘探进行试验,1959年才正式使用。1959—1961年,石油工业部贵州石油勘探局云南大队做1∶100万重力测量,除滇西北和滇西部分地区外,控制面积达31万平方公里。当时,省地质厅物探队在罗平、曲靖、丘北等地,开展1∶10万到1∶20万重力勘探,寻找油气构造。1964年以来,重力勘探以普查盐类矿产为主,先后对思茅中生代盆地的景谷、江城、磨黑、勐腊4个含盐带以及楚雄中生代盆地的牟定、大姚等地开展1∶20万重力测量,面积达12440平方公里;发现130多个重力负异常,推断有74个为含盐地质体所引起;钻探验证24个,有22个见盐。配合地质,先后发现了江城、勐腊、安宁等大盐矿。实践证明,利用重力勘探找盐是很有效的。1979年,省地质局物探队在全省建立了11个一级重力基准点,以昆明机场国家基本重力点(A)为起算点,进行了各点联测;1980—1982年又在滇西北对近11万平方公里的空白区作重力测量扫面,经统一改算,为编制完整的全省重力异常图打下了基础。1983年开始转入1∶20万区域重力测量,现已完成建水、东川两个图幅。
3.电法勘探
1954年,地质部物探处五○一队在个旧锡矿区的老厂、卡房、白泥洞、普雄等地应用自然电场法寻找锡多金属矿,完成1∶1万比例尺勘查面积158平方公里,因探测深度很有限,故应用范围很窄。1958年以来,省地质局物探队应用充电法、电剖面法探测金属矿,效果较好,如在金平白马寨铜镍矿区,找到了Ⅲ号矿体,使全矿储量增长80%以上;1965年,利用电法(四级剖面法)圈定隐伏爆发角砾岩简,以配合寻找金刚石;以及垂向电测深法确定盐矿体顶面埋深,与钻探的结果基本一致。70年代初,电法找水得到广泛应用。省地质局物探队在宾川、祥云干旱坝区采用电测深探水打井,出水(成井)率达90%以上。1973—1975年,煤炭一九九、一四三地质队组建了二个电法勘探分队,利用电测深法探测第三系盆地基底和找水位,效果明显。1977年,在有色金属矿普查中推广激发极化法,先后在罗茨找铜、腾冲找锡、蒙自白牛厂找银-多金属矿。实践说明,此法受地形影响小,适用于山区,探测金属硫化矿效果明显。
4.地震勘探
1970年,云南石油勘探指挥部首次在楚雄盆地、景谷盆地进行地震勘探试验。1971年,采用磁带地震仪代替光点式地震仪,在罗平、牟定开展以多次覆盖为中心、配合激发方式与组合检波试验,取得了较大进展;但由于采用直线复盖方法未能根本解决山区的地震勘探问题。1978年,在南盘江坝林背斜构造上,改用弯曲测线多次复盖方法和电算处理,野外使用24道地震仪组合为48道仪接受,取得了较好效果,初步摸索出一套比较适合山区特点的地震勘探技术方法。经过在楚雄盆地、昆明盆地、丘北—师宗等地的地震勘探实践,对这些盆地的地质构造基本查清,为石油钻探提供了资料。1983—1984年,云南煤田地质勘探公司与湖南煤田地质勘探公司合作,在昆明盆地进行了煤田地震勘探,对盆地地层、基底构造获得一批资料。
5.放射性物探
1955年,地质部三局三○九队开始沿省内主干公路进行汽车伽马概查。1956年,成立地质部三局二○九队云南队,技术上接受苏联专家指导,开展铀矿地质工作。1958年,地质部三局二○九队改称第二机械工业部三局二○九队,其航测队从事云南航空放射性测量。地质部九○二队在滇东、滇中开展航空磁测的同时,也做了1∶20万航空伽马测量,发现了一批放射性异常。1966年,二机部中南二○九队九分队调来云南从事铀矿地质勘查,找矿手段主要是放射性物探;至今已探明了一个大型铀矿床和多个中、小型铀矿床。
6.钻井物探(井中物探)
1956年,西南地质局在云南首先于宣威宝山、禄丰一平浪煤田勘探中推广应用井中物探,主要是电测井,有时还进行放射性测井。由于电测仪和放射性测井仪灵敏度低,性能不稳定,所得成果具多解性,往往还要通过井壁(放炮)取心验证。1965年,采用JBC-2型轻便全自动测井仪和仿苏PAPA放射性测井仪,测井质量提高。特别是1971年改用灵敏、稳定、轻便的TFS-1型放射性测井仪,为开展自然伽马和伽马伽马方法测井创造了条件,能够准确判定煤层厚度,减少了井壁取心。井中物探使用的方法是:(1)视电阻率电位与梯度法;(2)三级侧向电流法;(3)接地电阻梯度法;(4)伽马伽马法;(5)自然伽马法。上述方法在煤田测井中可根据煤层结构特征及围岩性质,选择使用。80年代中期,煤田地质系统的井中物探技术,日臻完善,方法综合化,由于技术进步,成果精度进一步提高,逐步由定性向定量发展。
除煤田井中物探外,1965年地质部物探研究所在盐矿钻井中(如江城勐野井钾盐矿),还开展了能谱测井技术试验,70年代初投入使用。该技术除测定盐层厚度外,还可测出K2O>3%、厚度>0.5米的钾盐矿层。1971年,省地质局物探队开始在滇中几个铁矿勘探区推广三分量磁测井技术,采用国产JSZ—Ⅰ、Ⅱ型三分量磁力仪。
(三)地球化学勘查探矿
云南省地球化学勘查(以下简称化探)工作始于1954年,首先是地质部的五○一队在个旧一带开展找锡矿、锰矿。1958年以后,省地质局区域地质测量队在1∶20万区域地质调查中顺便进行了路线土壤测量。物探队伍当时在开展有色金属物探工作时,把化探作为一种主要的辅助方法。由于测试落后,分析灵敏度和精度、准确度很低,找矿效果不明显。1979年,配合寻找锡矿,省地质局物探队在中甸、腾冲、耿马、峨山、文山等地,开展大面积化探,发现了腾冲小龙河、上山寨、夹谷山及石屏小塔顶等锡矿远景区。1982年,省地质局物探队学习推广河南省地矿局痕量金化学光谱分析方法,使化探分析金的灵敏度达到0.001—0.0003ppm,接着就对哀牢山北段化探样进行组合分析,发现了33个金异常,使本区金矿普查迅速打开局面。同时,为提高分析精度和探测效果,还建立了13个水系沉积物二级标准样和7个由不同基质成分组成的二级金标样;编制了《云南省景观地球化学图》,将全省划分为7个不同类型的地球化学景观区,这对研究不同景观条件下地球化学元素分布、分配、迁移、富集规律,选择化探的方法技术建立起初步基础。1983年,省地矿局物探队设立化探分队,改队名为地球物理地球化学勘查队,同时在局属地质大队和区域地质调查队中也设立了物化探分队。接着,按国际分幅的区域化探扫面工作全面展开,采用先进仪器设备,分析测试39种元素,灵敏度比过去半定量分析提高2—10倍,个别元素提高50—150倍。由此,化探水平进入了一个新层次。
(四)岩矿测试实验技术
新中国成立后,岩矿测试实验随着地质事业的发展而充实壮大。1954年,西南地质局五○一队由于偏光显微镜及费氏台技术的学习和引进,对矿物晶体的光学常数测定及矿物鉴定技术提高了一大步。1956年,云南省地质局建局筹备阶段就组建了实验室,配备了光谱分析仪、X光机、差热分析仪等,对提高测定速度、一次性测定多种元素及解决疑难矿物鉴定发挥了重要作用。1966年,省地质局为实验室引进日本Geigerflaxs型X-萤光光谱仪,能直接测定岩矿样品。1969年,省地质局第三地质队对元谋贫铂矿的综合利用提出新方法,通过作为钙镁磷肥的原料,使炉渣中的铂族元素及铜镍品位比原矿石提高10倍,(实验室法)解决了贫铂矿石利用问题。云南省煤炭工业管理局化验室在褐煤中萃取褐煤蜡中试成功,为综合利用褐煤提供一条新路子。1976年,省地质科研所引进西德CM5-3型质谱仪主机,为测定1977年吉林“陨石雨”的陨石年龄及我国震旦系-寒武系界线年龄提供了可靠数据。1981年,该机又装置了数字处理系统,分辨能力、测试精度和效率大幅度提高,在国内处于先进水平。之后西南有色地质研究所也引进了一些大型仪器设备。1979年,省地质局实验室胡文范等研制成“高频感耦等离子光源固体粉末送样装置”,将发射光谱分析中溶液试样,改为固体粉末送样,样品雾化率达到70%,粉末均匀稳定,灵敏度较弧光源提高约1—3个数量级。1980年,省地质局区调队罗家骧研制出《显微镜下常见透明矿物鉴定指南》,该成果可直接对照出560种透明矿物,适合野外鉴定矿物使用。省地质局实验室施家辛、江鑫培研制成功“多用三轴旋转针台”,为测定矿物光学常数提供一种比费氏台容易掌握的简便装置。二机部中南二○九队第九队顾孝发发现一种铀酰钼酸盐新矿物,命名为腾冲铀矿,获国际矿物学协会承认。1982年,省地矿局实验室先后引进美国制P—E4000原子吸收分光光度计、日制D/MAXMA型晶体粉晶X-射线衍射仪、JSM-35CF型扫描电子显微镜(X-射线波谱仪)和美制PV9100型X-射线能谱仪及其X萤光光谱、红外光谱等大型设备,反映云南省地矿测试实验装备的当前水平。1984年,施家辛在西盟锡矿的一块标本中发现磷酸铋新矿物,命名为“西盟石”,有待国际矿物学组织审定。至今,由于新技术、新方法的引进和应用,本省矿物岩石的鉴定测试已进入微观鉴定和痕量分析的新阶段。
(五)其他
70年代初,省地质局第二区调队开始应用航片于地质调查,对区域地质调查速度的提高效果明显;1979年,省地质科研所镶嵌成云南省卫星遥感图象,为利用卫片解释区域构造创造了方便。1980年,省地质局物探队应用航测技术敷设探测网试验成功,改变了常规方法,提高工效3—4倍。1983年,省地质科研所建立遥感地质站,配合工程地质勘察和地质找矿,利用四川省地矿局成都遥感站处理系统进行图象数字处理,使遥感的判读分析提高了一步。“六五”期间,武汉地质学院配合云南省地矿局第四地质大队对腾冲锡矿带开展遥感、构造分析、物化探综合方法寻找隐伏矿体的研究,有一定的成效。
1972年,省地质局开始普及数学地质和应用电算技术;1983年在物探队建立电算站,配备了高中档微型计算机3套。如DuAl—6800 83/80微机系统,配有4个终端,可进行多道作业;X—Y绘图仪,可绘制多种地质、物化探图件。与此同时,局成立计算中心,测绘队和测试中心(原实验室)配备了中档微型计算机,初步形成省地矿局的计算系统;先后开展了CS-3机和TP—801单极机加普通音频录机之间双向信息传转研究,及其CS-3微型机解析空中三角测量程序、IBM—PC机平面控制网设计和平差程序研究。微机排版、矿产储量数据库存、区域化探数据处理及自动化成图等软件的开发研究,为地质工作及有关生产解决了实际问题,提高了工作效率和质量。
1、认真仔细地填绘地形地质图,一般有色金属矿床要求大比例尺填图,1:2000-1:1000,个别要达1:500。
2、注意收集以往地质资料,着重调查观测含矿岩系和含矿构造,准确测绘含矿岩系的含矿构造界线。
3、野外观测重在矿化现象,致矿围岩蚀变,残留氧化物,含矿标志层(带),含矿构造带特征。
4、辅以野外山地工程,如物探、探槽,剥土,浅井浅坑,钻探等手段,揭露矿体,编录采样,分析化验。
5、根据填图资料,山地工程资料,化分资料,物探资料,综合研究,分析矿床特征,圈定矿体,估算资源量。
6、对调查区作出矿产综合评价,提出下步地质工作建议,提交调查(预查或普查)地质报告。
黄彩丽 杨群周
(河南省有色金属地质矿产局)
河南省有色金属地质矿产局对外合作是从2004年开始的,开始主要是引进外资进行风险勘查与开发,取得了很好的成效。2008年局实施“走出去”战略,局属地勘单位在境外取得多处矿业权,在非洲、南美、东南亚到蒙古国都有河南有色找矿人。
一、引进来,以开放的胸怀拥抱世界
河南省有色金属地质矿产局的对外合作是从“河南省洛宁县月亮沟银矿详查”等5个勘查区和内乡县银洞沟等3个勘查区引进外资进行风险勘查开始的。前者由于当时地质事业费拨款不足,该地区的勘查工作进展不大,局属一队也曾设法引入一些社会资金进行勘查,但限于其经济实力,资金投入也不大,勘查成果也不明显,且有严重的“后遗症”。后者自2000年开展国土资源大调查以来,由于投入多,取得的勘查成果也较突出。
2004年1月30日,加拿大SKN公司总经理高建国由中国矿业协会副秘书长刘益康先生陪同,实地考察“月亮沟”、“银洞沟”铅锌银金矿项目。考察后外方对这两个项目比较满意,双方于2月3日签订了合作意向。外方为英国威克多矿业有限公司(属加拿大SKN公司的全资子公司),中方为河南有色地质矿产有限公司。2月20日,在谈判后,双方就月亮沟、银洞沟地区的8个探矿权的合作签订了协议。4月12日,在郑州召开的“河南国际经贸洽谈会”上,冯锐代表英国威克多矿业有限公司、毕福海局长代表河南有色地质矿产有限公司就上述合作签订了合作合同,合同金额为1000万美元,决定成立中外合作河南发恩德矿业有限公司。省委、省政府主要领导参加了该项目的合同签字仪式。
成立中外合作河南发恩德矿业有限公司,首先面临的是军事禁区问题。在此前已有十几家外国公司想在河南省进行矿业勘查,都是因为此问题而失败。前期局通过洛宁县委、县政府等做了一些工作,但效果不明显。后来毕局长亲自出面,多次到洛阳、北京,利用洛阳市委、市政府、市人大等各方关系同军事基地方面进行接触,同时毕局长还到第二炮兵参谋部进行汇报。经过了艰苦、细致的工作,这个问题总算有了结果:内乡银洞沟3个探矿区的合作勘查开发被军方否决,洛宁月亮沟的5个探矿权只能限制在其范围内进行勘查开发。在河南省进行风险勘查开发的外商投资企业,河南发恩德矿业有限公司是第一家。
军事禁区问题解决后,其他问题迎刃而解,河南省工商行政管理局于2004年8月30日颁发了企业法人营业执照。后办理“月亮沟”等5个探矿权由有色一队到合作公司的转让。国土资源部于2005年6月6日向河南发恩德矿业有限公司颁发“月亮沟”、“西庙—垒垒石”两探矿证。省工商局于2005年6月24日已向河南发恩德矿业有限公司颁发长期营业执照(30年),合作公司注册地已由郑州变更到合作公司生产经营地洛宁县。
二、合作中,以真诚的态度达到多赢
中外双方于2004年下半年开始对月亮沟地区开展合作探矿工作。在合作中,双方以诚相待,相互支持,相互配合。两年多共投入坑探近5.5万m,钻探5万m,勘查投入8000余万元,取得了很好的勘查效果,目前仅在月亮沟勘查区就获探明、控制和推断的资源储量:银为中型规模,铅锌为中型规模。
河南发恩德矿业有限公司于2006年3月底取得月亮沟铅锌银矿采矿证,4月份开始采矿,取得了很好的经济效益,2006年实现销售收入2亿多元,2007年实现销售收入7.5亿元。中方在该项合作中从经济上受益匪浅,而加拿大希尔威金属有限公司(原加拿大SKN公司)的股票价格也在与中方的合作中得到大幅度的攀升,目前是数十家在华进行风险勘查的加拿大上市矿业公司中股票价格最高、最为成功的公司。
自公司成立以来,以促进地方经济发展为己任,为洛宁县经济的发展作出了贡献。2006年上缴税2000余万元,2007年上缴税9000余万元,另外还为当地解决了近千人的就业问题。
该项目不仅给局带来实实在在的经济利益,局还派出一些技术骨干参加到该项目。他们在与外方的交流磋商中,直观地了解了国际规则,规范了管理方法,更新了观念,锻炼了队伍,提升了自身的竞争力。
三、走出去,寻找更大可持续发展空间
2008年局党组深刻分析勘查开发全球化的趋势,加快利用“两种资源、两个市场”步伐,实施走出去战略。并认识到当前的全球金融危机是历史给予我们“走出去”的新机遇,要求局属地勘单位采取各种有效措施,在境外取得矿业权,做强勘查,做大开发,真正做大做强自己的主业,形成长期稳定的优势产业。目前局属地勘单位在境外取得矿业权的有:①局属一队在菲律宾拥有一个矿业权②局属二队在津巴布韦有一个矿业权,在蒙古国有两个矿业权③局属五队在蒙古国有3个矿业权④局属六队在澳大利亚有一个矿业权⑤局属地勘总院在智利有一个矿业权。
这样,在非洲、南美、东南亚到蒙古国都有河南有色找矿人。
从引进来到走出去,局不仅在对外合作勘查开发中获得了收益,更为参与更广泛的对外合作积累了经验,熟悉了规则,锻炼了队伍。