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高精度定向对接技术:开创水平井采矿新纪元

对接水平井组对接连通瞬间

 

 

       中国地质调查局勘探技术研究所(以下简称勘探技术所)研发的定向对接技术,从最初的“一对一”定向对接发展到现在的“一对多”,有效探测距离由以前的70米提升至120米,对接精度由以前的0.5米提高到现在的5厘米以内

       在该技术成果基础上研发的“慧磁”高精度中靶导向系统,以其精确定向引导功能开创了水平井采矿的新纪元,打破了西方公司的技术垄断,为我国能源资源勘探开发增添了一种全新的绿色手段,不仅使我国的定向对接井技术居于世界前列,还为全球采矿业注入了新的活力。

 

成果

      定向对接钻进从“一对一”到“一对十”

       在地质钻探中,钻孔偏斜是常见现象,如果偏斜角度过大不仅会造成钻探工程成本增加,还会影响地质人员对矿体产状、顶底板边界的判断。

       从20世纪70年代开始,勘探技术所开始了钻孔测斜、纠偏技术和相关仪器的研发。20世纪80年代后,一些大倾角矿体进入开采序列。为解决斜孔钻探这一现实问题,勘探技术所创新研究思路,将被动钻孔纠偏技术发展为主动造斜技术,最终形成了定向钻井技术——一种使井身沿着预先设计的方向和轨迹钻达目的层的钻井工艺方法。

       经过十余年努力,勘探技术所在定向钻井技术的基础上进一步创新,形成了定向对接井技术——采用定向钻进技术和特种钻井技术,使地面水平相距数百米或上千米的两口井在地下深处对接。该技术突出的优点是利用水平钻井技术和井下中靶技术,在矿层中建成固体溶解通道或气体释放通道,增大开采面积,从而提高矿产的回采率和生产效率,并延长生产井组的使用寿命,可应用于盐、芒硝矿、天然碱等可溶性矿产开采中,也可应用于煤层气、水、石油、地热田、页岩气及干热岩等资源的开采。

       进入21世纪,勘探技术所将对接井技术发展为分支井技术,对接量由最初的“一对一”发展到最多“一对十”。2003年~2007年,勘探技术所先后承担了土耳其共和国贝帕扎里天然碱钻井一期工程、二期工程。但首批五组对接井仅有一口水平井与靶点连通,令该所一度陷入退出市场和巨额赔偿的尴尬境地。施工团队不得不以高昂的价格引进美国某公司生产的旋转导向仪器解决中靶问题。

       为摆脱受制于人的局面,在中国地质调查局的支持下,勘探技术所于2007年开始了对接中靶系统的研究,并于2009年9月研制出具有自主知识产权、达到国际领先水平的“慧磁”高精度中靶导向系统。

       应用该系统最初的版本,当时对接中靶测量偏差为50厘米。现在,勘探技术所已将这一系统升级到第五代版,中靶误差也缩小到了5厘米。10余套相关产品进入到国内10余家钻探施工队伍的装备序列。

 

应用
      高精度中靶导向系统助力采矿增产

     “慧磁”高精度中靶导向系统的诞生,不但打破了西方公司的技术垄断,还大幅度降低了相关产品及其服务的价格。

       在为土耳其碱矿提供服务时,勘探技术所还对井组模式进行创新,从一口水平井和一口垂直井对接发展为一口水平井和四口垂直井对接。

       2009年至今,应用“慧磁”高精度中靶导向系统,勘探技术所工程团队在土耳其贝帕扎里和卡赞两大天然碱矿水溶采矿中共施工对接井200余组,单井总数达560余口,创造了贝帕扎里100余井组(300多口井)100%连通率。在卡赞一期项目中,工程团队仅用27个月就完成了对接井74组(共222口井)的施工,创对接井施工成井效率之最。

       依托勘探技术所创新成果支撑,土耳其已建立起年产分别为160万吨和260万吨的两家现代化的天然碱矿山,使该国CINER集团一跃成为全球天然碱生产规模最大的供应商,为该国累计提供了2000余个就业岗位。

       此外,“慧磁”高精度中靶导向系统还用于巴基斯坦伊斯兰共和国地下气化采煤项目中,通过一口水平井将10口直井一一对接连通,实现了降水、点火、输氧、通风、甲烷排采协同作业;应用于我国青海木里陆域天然气水合物试采中,实现了两口水平井和一口垂直井精准连通,形成三井井组联合开采模式,取得良好产气效果;服务于我国神狐海域天然气水合物第二轮试采,引导监测井与试采井保持要求设计间距,达到长期有效监测试采井效果。此外,该系统在山西多个煤层气水平井对接项目中的应用也取得了精确中靶的效果,有效实现了煤层气开采增产的目的。

 

来源:鱼眼看矿业