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灼灼其华 勇为人先 ——记自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所钻井化学研发中心主任、教授级高工陶士先

2018-12-26      来源:中国矿业报     作者:赵京燕 程婧格
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  “陶士先同志是钻探行业知名专家,在国内探矿界具有较高影响力。近年来,该同志作为项目负责人承担了多项地质调查项目和国家地勘基金项目,在冲洗液领域新材料、新技术、新工艺研究方面取得了丰硕的成果。这些成果的转化和应用,在国家地质找矿钻探、新能源和重要矿产资源勘探及科学钻探等工程施工中发挥了重要作用,为解决国家能源、资源、环境、灾害或基础地质问题提供了技术支撑。该同志还组织和参加了大量的野外钻探技术推广、培训和服务工作,对提高地质钻探行业队伍技术水平发挥了重要作用。该同志在主持项目实施过程中,注重年轻科技人员培养,在其带领下已经形成一个理论基础扎实、科研能力强、现场实践经验丰富的专业团队,该团队活跃在国内地质钻探领域,为国家地质找矿钻探、新能源和重要矿产资源勘探及科学钻探等工程施工提供支撑和服务。”这是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”)对钻井化学研发中心主任、教授级高工陶士先同志作出的评价。

  当记者拿到有关陶士先的资料时,看到的是一系列的专业术语和一些生硬的数字,不禁有些懵——这么枯燥的工作,“泥浆、钻探、孔壁失稳、破碎地层”,这是一位女同志从事的工作吗?而且一干就是30多年?是什么信念让她如此执著?而且取得了如此辉煌的成绩?带着一系列问题,记者日前走进了探矿工程所。

  错失梦想

  1983年,陶士先捧着长春地质学院的录取通知书,来到了这所中国地质人才培养的摇篮。“一不小心掉进了一个陷阱”,按照陶士先的话说,她走进长春地质学院开始大学生活的时候,便错失了这一生要当老师或者医生的梦想。况且,她从报考的“仪器系”被调剂到了“钻探工程专业”,一个班里只有两名女孩子,让这个年轻的女孩子有些傻眼。钻探?难道是每天摸爬滚打在工地打钻吗?这让一个豆蔻芳心的女孩情何以堪?

  然而,生活没有回头路,既然踏上了这条路,那就踏踏实实地走吧。没想到,这一走,就走了35年。今天,当陶士先谈到所从事的工作时,却充满了骄傲和幸福:“这个工作很适合女孩子干,做泥浆(钻井液)有很多试验室的工作,女孩子心比较细。而且,我在工作过程中总结了很多经验,给很多地质队讲过课,为地勘单位培养了大批人才,也算是圆了我当老师的梦想吧。”

  大学毕业后,她被分配到探矿工程所从事钻井液研究工作。上世纪90年代,地勘经济不景气,地质钻探工作量急剧萎缩,传统服务对象“难觅踪影”。于是,探矿工程所将“船头”转向了石油石化行业。1994年起,陶士先跟随所里步伐,开始做市场,卖泥浆材料,因为有过硬的技术,该所在市场上闯出了一片天地。

  解决关键技术难题

  “我正儿八经地做地质钻是2003年以后,当时中国地质调查局给探矿工程所列了一些科研项目。2008年以后,得益于地质找矿的快速发展,地质钻探呈现井喷式增长,我们的科研经费也逐年增多。我们结合地质钻探施工过程中遇到的一些问题开展研究;针对复杂地层,研究一些材料和技术体系,与现场紧密结合起来,为钻探工程提供解决问题的方法和途径。”也就是在这几年,陶士先和她的团队取得了不斐的业绩:

  陶士先组织或参与研发的成果已应用于多种金属矿钻探、页岩气钻探、钾盐等盐矿钻探、干热岩钻探及大陆科学钻探等,使用单位达166家,仅项目组参与的在复杂地层中的试验与示范钻孔就达到181个,累计工作量为10余万米,解决了多项关键技术难题;组织实施系列钻探科研项目,研制了多种新型泥浆材料和针对不同勘查区或矿区的冲洗液护壁堵漏技术,开展了大量野外现场技术推广、培训和服务工作。同时,他们的成果也为地学研究及科学研究提供了良好的钻探验证手段。

  ——他们研制的成膜护壁冲洗液在河北、甘肃、四川及云南等地的金属矿、页岩气及煤炭孔钻探中应用,解决了炭泥质千枚岩、绿泥石化岩石等行业难点地层的孔壁失稳难题,提高了成孔率、施工效率和取心质量,在多个矿区创造了孔深、成孔率及施工效率的纪录。

  ——他们研制的饱和盐水、新型镁基及二盐冲洗液,在云南、青海及境外老挝、泰国等钾盐勘探施工中应用,解决了钾盐勘探过程中氯化钠、氯化钾、光卤石、溢晶石等高溶蚀性地层孔壁失稳、取心率低及采用油基钻井液的高成本难题;研制的用现场卤水、海水配制的冲洗液,解决了现场卤水、海水配浆胶体稳定性差、蚀变和破碎地层孔壁失稳、绳索取心钻杆内壁结泥皮等技术难题,在新疆、青海、山东地质找矿钻探及南黄海大陆架科学钻探施工中发挥了重要作用。

  ——他们研制的耐240℃高温冲洗液解决了高温下冲洗液流变性、护壁性等性能显著恶化等难题,为青海共和高温干热岩钻探提供了良好的技术支撑,其中GR1井井底温度达到236℃,是目前国内温度最高的干热岩井,也是国内少有的温度超过230℃的高温井之一。该科研成果获原国土资源部科技二等奖、中国地质调查局科技一等奖。

  ——他们研制的MBM使膨润土的使用量降低50%以上,有效避免了膨润土资源的浪费;研制的新型镁基冲洗液、二盐冲洗液替代了油基冲洗液,以及为海上科学钻探设计的环保冲洗液等,预防了油基钻井液等对环境的污染;研制的快速凝胶堵漏技术,提高了恶性漏失的堵漏成功率,大幅度降低了钻探施工过程中水资源和泥浆材料的浪费。

  “在钻探过程中会遇到各种各样的地层。比如找钾盐,地层成分以氯化钠为主,我们研制了二盐冲洗液,克服了普通盐水浆抑制不住的难题;再比如打金矿矿井,破碎地层要多一些,地层一块一块的,我们就要往钻井液里面添加东西,把破碎地层的缝隙给填上。做之前我感觉挺困难,但是一个又一个困难被我们克服了,做完之后就觉得没什么了。室内的研究工作也是必不可少的,地质队把岩心给我们,我们要分析它含有什么成分。”

  “钻探这个行业,大部分人觉得是男人干的活,其实我觉得泥浆这个工种挺适合女孩子的。因为这里有大量的室内研究工作,很像是中医配药方。现场配泥浆就是根据不同的地质情况作出不同的判断,配出不同的泥浆。这个过程非常有意思,让人不会感到枯燥。”

  也许,正是因着对这份事业的热爱,让岁月的年轮没有在她身上留下多少印迹。年逾50的陶士先,依然玉貌花容,明眸皓齿,声音清丽。

  推动行业技术进步

  多年来,陶士先和她的团队在科技理论创新和技术方法方面做出了突出贡献:针对复杂地层钻进面临的孔壁失稳、冲洗液漏失、低取心率以及复杂地层绳索取心钻探的局限性等难题,组织实施了与冲洗液有关的关键技术攻关,形成了一套适应地质钻探小井眼特点的复杂地层护壁堵漏技术。该技术引领国内地质钻探冲洗液技术的发展,推动了地质钻探冲洗液技术的进步。陶士先出版专著2部(第一作者),获得国家发明专利7项(第一发明人6项)、实用新型专利2项(第一发明人)及国家重点新产品1项,发表论文31篇(第一作者13篇)。

  近年来,陶士先和她的团队研制了8种新型泥浆材料,如多功能材料(MBM)、防塌减阻剂(GFT)、抗盐增粘剂(GTQ)、成膜A剂、成膜堵漏剂及有机凝胶等。其中,他们研制的具有“方便面”特点的多功能材料(MBM),解决了现场卤水配浆、复杂地层绳索取心钻进、配浆过程复杂等相关技术难题,填补了国内空白,获国家发明专利和2013年度国家级新产品;研制了适应地质钻探,具有较低软化点、较强粘接与封堵特性的防塌减阻剂(GFT),获国家发明专利。上述材料的研究,为推动地质钻探冲洗液技术进步打下了坚实的基础。

  他们在分析不同复杂地层孔壁失稳原理的基础上,结合地质钻探小井眼特点,设计了用于不同复杂地层的系列冲洗液体系,如研发了具有高效能水基冲洗液特性的成膜护壁冲洗液,实现了水基冲洗液性能的突破;研发了用于强溶蚀性地层、具有强抑溶作用的镁基及二盐冲洗液,可替代国内外普遍使用的油基冲洗液,是水基冲洗液应用于强溶蚀性地层钻探的一大突破;研发了用于干热岩等高温钻探、耐温200℃~260℃的系列高温冲洗液,获国家授权发明专利4项。

  在快速堵漏方面,他们更是做出了突出贡献:研制了适应地质钻探小井眼特点的快速凝胶堵漏技术,首次提出并设计了用于地质钻探的孔口装置,有利于提高堵漏成功率;在国内外首次提交与温度相对应、适应不同深度的快速凝胶堵漏配方表,采用该配方配制的无机凝胶堵漏浆液节省候凝时间30%~70%,有效提高了堵漏作业效率;采用有机凝胶与无机凝胶相结合的方式,大幅度提高了恶性漏失和含水层漏失的堵漏成功率;研制的无机凝胶材料与传统水泥相比,固结后的固结体韧性显著增强,体积无收缩。该成果获国家授权发明专利1项,实用新型专利2项。该项技术为地质钻探提供了新的快速有效的堵漏方法,推动了地质钻探堵漏技术的进步。

  拥有广阔市场前景

  新技术已为探矿工程所创造了良好的经济效益:自2011年至2015年,他们研制的成果带动的泥浆材料开发及技术服务共创产值5831万元;2016年至2017年,共创造产值2800多万元。同时,施工单位采用成果技术后,钻进速度、成孔率明显提高,事故率显著降低,泥浆排放量、泥浆漏失量大幅度减少,为施工单位节省了大量劳务费用、电力、油料消耗费用及泥浆处理剂费用等,因此也得到了施工单位的高度肯定。

  在谈到产业前景及后续人才培养方面的问题,陶士先信心满满。她认为,泥浆产业前景广阔,应用范围非常宽广。现在不仅应用于地质钻,像一些地热、干热岩,矿山治理、矿山救援等方面,也离不开钻井液的应用。

  “比如矿山治理工程,我们从2016年开始涉入这个领域。矿山企业在采矿之前对采矿区域进行堵水或加固,通过打羽状井并注浆来实现,前景很好。比如,我们与施工单位合作在河北省邢台市邢东矿做的一个项目,已经打了33个分枝井。邢东矿在开采区下面有一层高压水,可以淹没采矿区,采矿过程中万一发生透水事故,后果不堪设想,损失亦不可估量。于是,在采矿区底部和高压水层之间打了系列水平井,用注水泥浆把裂隙和孔隙都给堵上。这一工程已为探矿工程所增加产值400多万元。”

  “我们还参与了山西、陕西等地的矿山救援及煤层顶板加固项目,都取得了显著成效。我们最大的成就感来自于给大家解决问题,问题解决了我们就非常高兴,解决不了也很沮丧。”

  在人才培养方面,陶士先说:“地质队的人才还是很缺的。我觉得自己除了搞科研之外,最大的贡献是对地质队的人才培养。我每年大概讲课10几次,有地质队办的培训,有各省地勘局办的培训,也有中国地质大学的课程。泥浆这块内容,基本上都是我讲的,也圆了我当老师的梦想吧。”

  “研究所和学校的区别在于,学校注重理论知识的培训,而研究所更注重应用价值,要解决实际问题。所以我们讲课尽可能做到把理论和实践相结合。到地质队讲课,我面对的是钻工,有的人文化水平相对低一些。所以,讲课的内容让他们听懂最重要。记得第一次去现场的时候,我们跟人家说,解决他们现场的问题需要提高密度。结果我走了之后,人家说我们忽悠他。当时我很疑惑,理论上说我讲的内容是对的,为什么说我们忽悠他呢?原来是因为我们讲得太专业。所以,我们也在不断总结,如何提高讲课效果。后来遇到这种情况,我就举例子,比如1个瓶子,装密度是1的500毫升白水,重量是500克;如果装密度是1.3的泥浆的话,重量就是650克。泥浆重了,泥浆对孔壁的压力(或称支撑力)就大了,就压瓷实了。”

  交流中,记者感受了陶士先对工作的无限热爱。谈到产业发展前景,陶士先信心心满满:“是呀,这个产业前景非常光明。钻井液应用非常广,不仅应用于打钻,还有基础施工、地热、干热岩、矿山救援等。为什么在地勘经济、矿业经济形势下滑时期,我们依然有饭吃?我和年轻人说,因为这项工作的技术含量比较高。泥浆关系孔内安全、施工效率等方方面面,在整个打钻的过程中,孔内的地质情况以及从孔里返出的泥浆性能会时刻发生变化,影响因素很多,你需要根据实际情况进行判断,拿出科学合理的方法,切切实实地为对方解决问题。所以我说搞这项工作感觉不枯燥,我们有很大的发挥空间。但是这需要扎实的理论基础和实践经验,观察要仔细,还要有准确的判断。”

  “一个工作做一生,而且做得如此风生水起、有声有色,是要有坚定的人生信仰吧?”

  听到记者的提问,陶士先平静地说:“踏实做事就是我的人生信仰,搞应用技术,哪怕解决一个很小的问题,也是一个进步。”

  多年来,陶士先为本单位培养6名专业技术骨干,形成了在国内地勘行业领先的钻探冲洗液科研团队。在组织项目实施过程中,她带领6名年轻科技人员参与项目新材料研制、新型冲洗液体系设计、堵漏技术研究、专著编写及现场试验与示范等,提高了他们的科研工作能力、现场解决问题的能力、科研管理水平及各类报告、专利、论文的编写水平。其中,有两人作为项目组长成功申报了国家青年科学基金项目,两人分别担任地调项目和国家地勘基金项目的副组长,四人活跃在野外施工现场,能够独立提供技术服务。

  同时,她为一线施工单位培养了大批冲洗液技术人才,组织项目组人员到现场指导施工人员配制、使用冲洗液和实施堵漏作业100余次,现场培训近2000人次;为中国地质调查局、地质大学、各省地勘局及地质队等举办的钻探技术培训班授课112次,培训1000余人次。通过现场指导及技术交流与培训,她为一线施工单位培养了人才,提高了现场施工人员的专业技术水平。

  谈到生活,陶士先更是充满了幸福感。“孩子小的时候都是自己带,虽然工作忙,但是没对家庭造成什么影响。后来出差多了,孩子也大些了。2000年以前,大家都在房山周口店上班。那个时候很艰苦,生活用品都没地方购买。记得当时发了工资,第一个周末单位就开动班车,载上大家进城购物。当时没有高速公路,进城要两个多小时,虽然路途遥远,但是大家都非常快乐。”2000年以后,她搬到城里工作和生活,幸福指数更是成倍增加。

  看着她写满幸福的脸,让我想起了上世纪80年代流行的一首歌:甜蜜的工作甜蜜的工作无限好啰喂,甜蜜的歌儿甜蜜的歌儿飞满天啰喂……

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