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向地球深部进军永远在路上

【铝道】2017年5月18日，这是一个意义非凡的日子。当天晚上，翁炜一反常态早早结束了工程上的事儿，迫不及待地坐在了电视机前。紧跟着中央电视台现场切入的镜头：南海神狐海域碧波荡漾，钻井平台火龙飞舞，蕴藏在深海之中的 能量冰块 高高升腾在巍然矗立的 蓝鲸一号 上！对海域天然气水合物试采成功，中共中央国务院第 一时间发来贺电！实现连续8天稳定产气，试采取得圆满成功，我国天然气水合物开发取得重大历史性突破！

这项工程的成功展示了我国深海探测、深海开发关键技术的重大成果，作为海域天然气水合物资源勘查工程的成员之一，参与并负责海洋钻探器具研制与创新的中国地质调查局北京探矿工程研究所（以下简称探矿工程所）能源地质调查钻探室（大口径岩土钻掘技术研发中心）的研发团队，都感到欢欣鼓舞。

带着对我国地质钻探技术的好奇，日前专程来到位于北京市海淀区学院路的探矿工程所。在一间空间略有些局促的办公室里，该所钻探技术专家 翁炜接受了的采访。

没有完美的工具，只有更完善的技术

黝黑的皮肤，刚毅的眼神，笔挺的身躯，矫健的步伐，这似乎是一个优质工科男的标配。不同的是，翁炜却爱笑，接人待物总是笑眯眯的。

刚出差回来的他，还有些风尘仆仆，但一聊到专业，整个人瞬间高度集中、神采飞扬起来。

年轻却老练，踏实而沉大家1定要仔细的研究稳，不打官腔，更没什么架子，看待问题总有一套独到的见解。这是翁炜给的第 一印象。

本科、硕士、博士在中国地质大学（北京）接受系统教育，他不断积累、不懈深入；工作后一直奔走在技术研发压铸产品第 一线，他坚守如一。

在学中做，在做中学，以学促做，知行合一。 无论是学习还是研究，好好读书，认真做事，发现问题，解决问题，这是翁炜一直坚守的人生信条。

教授级高级工程师、项目负责人、科研带头人、研究所骨干、中国地质调查局优 秀地质人才、原国土资源部首批杰出青年科技人才、国土资源十一五、十二五科技工作先进个人 无论收获多少荣誉，翁炜始终认为他的主战场在科研实验室、在车间厂房、在勘探基地，这是他不变的初心。

近年来，围绕国家战略发展需求，从岩土钻掘、陆域钻探再到海域钻探，翁炜都取得了诸多成果，而且这些成果被广泛应用到了地质调查钻探工程实践中。当前，翁炜已成了探矿工程所技术研发和成果转化的中坚力量。

从业19年来，已经成长为身兼两大部门主任的翁炜，在业界也已小有名气，照理说可以不用那么拼了。但至今，除了全面负责管理部门整体业务和协调工作外，他还一直坚持摸爬滚打在技术研发的第 一线。

可以说，岩土钻掘技术与我们的社会发展、日常生活息息相关，其应用范围已由初期的单纯为地质找矿服务，扩大到水文水井钻探、工程地质勘察、地质灾害监测与防治、矿山抢险、地热开发、地震观测、考古发掘等众多领域，特别是改革开放以后，更是迅速扩展到建筑工程、市政工程、路桥工程、水电工程、地下工程、港口工程等多个基础施工行业与领域。

以大口径无循环钻进技术为例，目前我国zui常用的是旋挖钻进技术和全套管钻进技术。在城市建设、高铁建设过程中，旋挖钻进技术显示出成孔速度快、施工“1035”发展计划现场环保干净、对孔定位准确、搬迁方便、适应地层能力强等优点，适用于各种桩基工程；同时，全套管钻进技术还解决了旋挖钻机难以施工的较硬岩土层和卵砾石层，以及钻孔泥浆难以护壁坍塌的软弱淤泥质地层和松散砂层等问题。

翁炜侧重研究的，正是岩土钻掘技术领域中的大口径无循环钻进技术装备器具研究与开发。多年来，从事旋挖钻进技术和全套管钻进技术配套施工工艺、方法及器具的研制，正是他周而复始的日常。

短螺旋钻头、长螺旋钻头、多轴钻、岩石筒钻、牙轮筒钻、旋挖钻斗、体开钻头、全套管钻具、扩底钻头 翁炜研制的多项器具先后成功应用于青藏铁路、首都机场等大型施工工程中。

从理论计算、图纸设计到切削具布置，每一种钻具的问世，背后都凝聚着无数的挫折和艰辛。每当遭遇失败时，翁炜都一直鼓舞自己，胜利就在眼前！

筚路蓝缕，玉汝于成。其实，让翁炜印象zui深刻的是研制初期的旋挖用短螺旋钻头。 那是2003年，当时还没有三维模拟仿真设计软件，一个单位也仅有几台电脑。为了打破技术手段落后的局面，尽快打开产品市场，我和团队几经日夜奋战，不停地调整、修改技术方案，不厌其烦地重新设计布置削具，直到连夜与工人一道完成产品试制工作。 翁炜说， zui令人记忆犹新的就是当时的那股冲劲和一心投入的感觉。

因为涉及工程施工市场，用户广泛，同时满足了国家无循环环保要求，目前从市场转化角度来看，翁炜和团队研制的旋在世界建筑市场的高速增长的支持下挖硬岩钻具的效果zui好。在研制成功后，他们依然还在不停地改进，不断从切削具、钻具结构、施工工艺工法等方面进行优化。

目前我们研发的重点是推进新型环保工法和工具，在保证符合国家节能环保要求的前提下，减少工艺步骤，提高扩孔钻进效率，这是我们下一步的工作方向。

翁炜说： 没有完美的工具，只有更完善的技术。 或许，这就是他多年坚守、孜孜以求的zui好解释。

瞄准国家重大需求，发挥真正价值

上天容易入地难！ 人类可以借助天文望远镜观测成百上千光年以外的浩瀚太空，可以登上月球，却对地表深处的情况知之甚少。要想在地球 身上 打钻，既要防止钻井眼坍塌和崩裂，又要保证从深部取出的岩芯完好无缺，科学钻探正是直击地球深部当之无愧的利器!

作为国家科研院所，不仅要发挥技术先行和引领作用，更要做好公益性支撑服务。中国地质调查局确立了成果和人才的评价方式，一问是否解决能源、资源、环境、灾害或基础地质问题；二问是否实现转化应用和有效服务；三问是否促进科学理论创新和技术方法进步；四问是否促进人才成长和团队建设。围绕国家重大需求，研究出实用成果是探矿工程所的职责定位，更是翁炜工作的方向引领。

近年来，为了积极响应国家 三深一土 战略实施，紧密围绕部局工作需要，进一步提高深部地热、干热岩勘查水平，更好地支撑和推动中国地质调查局地热能源勘查开发工作，在探矿工程所领导的组 织带领下，翁炜和他的团队把 深部地热资源探测 作为向地球深部进军的一个重要研究方面。

要想解决高温、硬岩、钻速慢、井底动力不足等技术问题，在深部地热、干热岩、深部油气等能源勘探领域通常会选用涡轮钻具，用钻井液在井下直接驱动取芯。早在19世纪20年代，前苏联就研制了相应的涡轮钻具，但当时主要采用橡胶轴承，耐温能力和寿命都受到了限制。

工欲善其事，必先利其器。翁炜对说： 针对勘探需要的涡轮钻具，我们主要在两个方面进行了优化：一是涡轮叶片的结构优化，通过提高孔底动力机的发动机的效率和功率，实现在钻进水力精密夹头参数允许范围内的zui优化；二是采用金刚石材料作为轴承的摩擦副材料，钻具寿命由原来的几十小时提升到200小时。由于涡轮钻具内部没有橡胶件，采用了全金属结构，耐温能力可以达到250℃。 有关试验数据表明，优化后的涡轮钻具在花岗岩等硬岩地层的钻进比普通回转钻进提升了1倍以上，比螺杆钻具提升了近30%，匹配孕镶金刚石钻头可大幅提高高温地层钻进效率。

另外，翁炜带领团队创新性地将原有大口径钻探的成熟经验应用在小口径钻具的研发中，充分发挥小口径钻探的技术经济优势，不断完善钻具系列。同时，为匹配深孔动力钻具需求，他们首次将钻井液固控设备引入地质行业，精进取芯工艺，为高温硬岩钻探提供了环保配套装备。

其研制的国内首台套 89涡轮钻具在吉林长春油气探井中成功完成钻井示范。

改进优化的直径127毫米涡轮钻具在福建漳州干热I井成功完成了国内首次涡轮取芯钻进，取得了地质钻探领域涡轮钻进技术的突破。

研制出钻井液离心机及固控循环系统，改善了泥浆性能，大幅减少了废浆排放，满足了钻探环保要求及涡轮等孔底动力钻具应用需要，目前设备已在国内多项重大钻探工程中成功应用。

钻具恒温槽设计、制造技术、钻进工艺 以上种种无不标志着探矿工程所已经掌握了高温硬岩地层实施绿色钻进的能力，深部地热、高温干热岩等清洁能源的勘查开发未来可期。

不管是京津冀地热还是青海干热岩科技攻坚战工作，都需要建立适用于深部高温环境勘查开发的一套完整的技术体系和更完备的钻掘工具。 翁炜说， 我们准备结合预期实施的雄安新区、东南沿海等地热调查工程继续开展应用。

钻探工艺无止境，靠创新实现领跑跨越

科学技术是第 一生产力，创新是地质工作者工作的核心。

随着岩土钻掘工程技术服务领域的扩展，以及施工地区的不同、施工环境的差别等，岩土钻掘技术逐渐向多元化的方向发展。新的钻掘技术装备具备的功能越来越多，而且呈现出向高度机械化、轻便化、自动化、国际通用化发展的趋势。相应的，钻掘技术工艺也应具有更加轻便、快捷、高效和环保的特点。

在破碎、松散、淤泥质等特殊地层钻探取样过程中，经常遇到样品采取率低、样品质量差、取样类型单一等问题。翁炜和团队在开展地质调查项目期间，对我国复杂地层取样技术进行了细致深入的研究，针对不同地层特性及取样要求，研究出了三层管超前取样技术、密闭胶体取样技术及液压剪切式取样技术等，填补了国内空白，并成功应用到了铀矿、煤矿、油气等的钻探施工中。其中，液压剪切式取样钻具通过后续项目支撑已经成功应用于我国深海钻探领域。

科学钻探是利用设备、工具、技术等手段，通过钻井深孔获取地表下岩芯资料的重要方法，但钻进过程并非一帆风顺，而是要面临各种不可预知的问题和风险，在海上更是如此。海上作业由于受环境限制，相对于陆上钻探情况更加复杂，对作业装备、作业技术的性能和可靠性要求更高，成本更高昂，只有从作业船舶、钻具组合、辅助设备等方面实现突破，才能获取高质量样品。 比如做孔内CPT试验和淤泥层取样，要求钻柱要稳定夹持才能获取精 确数据。 针对这一问题当前，翁炜和团队专门研发了海域取样基盘，设计可在3000米水深条件下工作，在南海1800米水深下进行了连续作业，对海域资源勘探开发工作提供了有力支撑。

苦心人，天不负。一年多来，项目成果陆续开展了海试和示范应用，取样基盘在海域勘查工作中不断验证了技术的可靠性和稳定性。内心无比激动的翁炜终于松了一口气 终于不用再受国外垄断技术的钳制了！海上应用成功只是第 一步，翁炜表示，下一步工作还任重道远，要保持持续创新、形成体系突破才能实现由跟跑到领跑的飞跃。

搭建好平台，研发团队才能展翅飞翔

如果说中国地质大学（北京）是翁炜成长的摇篮，那么探矿工程所则是翁炜成才的沃土。中国地质调查局提出了人才强局战略，为青年科技人员的成长提供了良好平台。在探矿工程所，翁炜独立思考问题、策划试验、主持课题，逐步成为团队骨干、科研带头人。翁炜说： 我的进步离不开平台环境，探矿工程所有着良好的科学传承，正是沿着前人的足迹，我们新生代钻探专家才可以迅速成长起来。

俗话说： 一个好汉三个帮。 任何一个人、一家单位都不可能拥有所有技术。开展广泛的合作，是翁炜和团队成员在技术研发和示范应用过程中的共识。

开个玩笑说，我们在理论界应用好，在应用圈理论做得多。 翁炜 骄傲 地向介绍，在长期的无缝衔接中，他们形成了这样的默契：科研院校重点做理论，公司企业提出需求和配套设备，翁炜的团队就负责将理论与需求良好结合，推动技术创新应用。

涡轮钻具、可膨胀波纹管和永磁钻机控制 通过科技部国家合作平台，他们的技术特长在国际合作方面也得以充分发挥，为技术成果创新提供了有力保障。

在担任项目负责人期间，翁炜通过国际合作项目支撑，已经建成了孔底动力钻具及井下工具、岩土钻掘工具的研发团队。自2010年至今，团队已成功申报国际合作项目2项，科技部科研院所技术开发专项2项，自然科学青年基金项目1项，地质调查项目8项，团队中部分人员已经担任了项目负责人。

很多人放弃外部企业公司的高薪，几十年如一日埋头苦干、兢兢业业，扎根在探矿一线， 一是对探矿工程所的高度认同，二是为了实现人生价值，为国家能源资源安全做点实事。 当谈起 每天有那么多客户在使用我们的钻具，我们的工艺技术一点点服务支撑起国家公益建设和钻探工程 时，翁炜的脸上露出了一丝 得意 。所里的同事悄悄说： 这种笑容即使是在他获得了各种重要奖项时都没有看到过。

目前，翁炜所管理的部门逐步形成了技术研发力量雄厚、设备品种齐全、技术水平不断提高、施工能力强大的比较完善的科研、生产、销售体系。谈到管理的成功秘诀，翁炜会心一笑： 单位在严格管理的同时给予我们充分的授权和支持，我们这个团队相对年轻，便于沟通协调，只要定好目标、做好分工、紧密协调、并严格管理，每个年轻人都有足够施展的平台和机会。

钻探工作异常艰苦，不是在出差，就是在出差的路上，与家人聚少离多是每一个地质人的生活常态。翁炜表示，他们部门80%以上的人是党员，大家时刻以 、创新、合作、奉献、清廉 的新时代地质工作者核心价值观严格要求自己，充分发挥了先锋模范作用。

面对新形势，争创一流永不停

随着我国工业化进程的不断加快，矿产资源和能源的需求不断增大，同时地表以及浅部矿产大多已勘探清楚并且得到开发，探矿和采矿越来越 向地球深部进军瓷管 。

如果把地球比作一个鸡蛋，我们现在也仅仅是钻进到鸡蛋外层的部分蛋壳，因此必须清醒地认识到，相对于庞大的地球来说，哪怕当前zui深12千米的钻井深度也只是地球的表皮 翁炜说， 我们对脚下的地球了解还存在很多空白，特别是深部空间。

采深越大，难度越大。面对深部开采zui迫切的问题，翁炜表示，这需要一个从基础材料到设备工具的系统进步，未来将重点针对深孔高温高压等特殊需求，研究耐高温动力钻具等关键器具，以求从瓶颈技术点出发带动整体突破。

相较于深部开采发展的需求，现有的采矿模式、采掘装备、采矿工艺技术还远远不够。 以钻探设备为例，我们目前采用了世 界领先的永磁直驱、精准控制技术，可以将钻机自动送钻的精度控制在1毫米/秒，但这只是一个基础，钻探的智能化、数字化、智慧化进程还应不断深入。 任何时候，创新都是引领发展的第 一动力。在成绩面前，翁炜和他的团队异常清醒，只有不断锐意进取，加快推进地质工作从浅度向深度转变，才能逐步实现从解决资源问题为主到解决资源和环境问题并重的转型升级。

伟人说，在科学的道路上，从来没有平坦的大道可走，只有不畏艰险沿着陡峭山路向上攀登的人，才有希望达到光辉的顶点。技术探索永无止境，相信未来翁炜和他的团队一定会在已有技术成果之上，开展进一步创新和应用，走出一条中国式的 深地开采 的道路来，为我国的地质事业做出新的更大贡献！

（作者：姬长玉）

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