自古以來就有種說法叫“上天容易入地難”。人類可以借助天文望遠鏡觀測成百上千光年遠的浩瀚太空，但對地表以下——我們腳踏的這片地皮深處卻是一頭霧水，想要探索地下深處的奧秘幾乎是不可能完成的義務。
現(xiàn)在，一種新的技術可以讓我們實如今地下“穿針引線”，這便是高精度對接連通井技術——“慧磁”。這一技術也成為了鉆孔的地下“導航”，可以將相距數(shù)百米或上千米的井組在地下礦層連通。據(jù)了解，該技術的核心是“慧磁”高精度中靶導向體系，源于中國地質調查局勘探所承擔的“高精度定向鉆進中靶體系研究”項目。該項目由中國地質調查局2008年立項，旨在通過試驗研究建立起定向鉆進中靶模型，指導鉆進進入靶區(qū)，實現(xiàn)正確中靶。
近年來，中國地質調查局一向全力支撐、支持該技術的研發(fā)與突破。據(jù)了解，“慧磁”高精度中靶導向體系目前所取得的成果具有完全自立的知識產(chǎn)權，打破了國外公司的技術壟斷，也使中國地調局勘探所成為國內首家、全球繼美國之后第二家擁有該項技術的單位，達到國際領先水平。而該項技術比一些國外技術更加先輩的地方在于：首創(chuàng)低電壓可充電電池供電，可用于煤礦井劣等高危作業(yè)環(huán)境（美國儀器采用的是220V電源供電，不適應煤礦等使用）；入井探管直徑和長度分別為42毫米和1.4米，可用于穿過60毫米直徑的中間管下入探管至井底（美國儀器為45毫米、1.9米，最小用于73毫米直徑中間管），可完成更小曲率半徑的定向井導向。
講到“慧磁”技術，也不得不說說它的發(fā)明團隊——勘探所定向鉆探室主任胡漢月教授的科研團隊。該團隊在胡漢月的帶領下，多年來一向從事著定向鉆探技術的研發(fā)工作，憑借著地質人的一股子不服輸精神和堅定執(zhí)著的熱情，將實踐和科研相結合，終于研制成功“慧磁”技術。該技術研發(fā)成功的新聞一傳出，就在圈內引起的不小的震蕩，原來占盡技術上風的美國的同類產(chǎn)品只能大幅降低產(chǎn)品和服務價格，奈何也只是掙扎。
服務“一帶一起”戰(zhàn)略：
中國技術扎根土耳其
在國家“一帶一起”戰(zhàn)略中，土耳其作為一個橫跨歐亞大陸的緊張節(jié)點，地理位置和戰(zhàn)略地位及其明顯。
2009年，“慧磁”高精度中靶導向體系第一次應用于實井測量就是在土耳其首都安卡拉西北的BEYPAZARI自然堿采集鹵工程。在當?shù)匾粋€20平方千米的丘陵地帶下儲藏著近2億噸的自然堿，2009年~2010年，勘探所與當?shù)貕A礦合作，成功完成了在該區(qū)域內23對對接井的施工義務。井組類型包括三井井組、四井井組和雙通道井組等多種類型。
隨著第一次應用的成功，“慧磁”鉆井導向體系開始大量參與到對接中靶作業(yè)中。2014年，勘探所作為自力承包商簽訂了BEYPAZARI自然堿礦鉆井工程四、五期合同，總計145口井，施工也悉數(shù)取得了預期的結果。
分外值得一提的是，此次施工還完成了當時世界上規(guī)模最大的采用對接井水溶開采方法的鉆井工程。2015年9月10日，由勘探所承擔的土耳其卡贊自然堿地下工程開鉆，標志著這一世界上最大規(guī)模的對接井水溶采集鹵工程正式拉開序幕。而該工程采用的核心技術就是“慧磁”技術，該項目旨在為卡贊自然堿礦年產(chǎn)250萬噸的純堿廠提供鹵水，計劃將在2015年~2018年共施工74個采鹵水平井組，單井總數(shù)達222口。
“慧磁”技術在土耳其成功應用的過程中，勘探所創(chuàng)造性地設計并實現(xiàn)了多井組的連通，真正使得地下“穿針”技術成為了實際。同時，勘探所在施工中勇敢創(chuàng)新，戰(zhàn)勝地層結構復雜、地磁場非常、地層破碎緊張等困難，積累了處理復雜題目的雄厚經(jīng)驗，為將來推動“慧磁”定向中靶指導體系等上風技術向其他國家推廣、承攬國際工程打下了堅實的基礎。
服務新能源開采：
煤層氣開采拓展應用
自煤層氣水平對接井領域引入美國Vector公司生產(chǎn)的RMRS旋轉磁測距體系以來，我國煤層氣和水溶開采領域的定向對接井的施工技術取得了龐大突破。但是，大多數(shù)應用仍局限于傳統(tǒng)的U形井組（由一個垂直井和一個水平井組成的井組）。
在勘探所實施的華晉焦煤柳林煤層氣項目中，施工的DS井組是由2個水平井組成的煤層氣井組，要實現(xiàn)兩井的對接實為不易。因為“慧磁”鉆井中靶導向體系具有無需外供電、體積小、中文軟件界面等好處，可正確測量鉆頭與靶點之間的方位誤差、頂角誤差和距離，因此該煤層氣井組采用“慧磁”技術使2井實現(xiàn)“點對點”對接。這也是國內首次采用地面施工水平井與巷道施工水平井進行連通的工程。
憑借“慧磁”技術的高精度性能，山西柳林沙曲煤礦通過使用該體系，使地表鉆進1500米深的定向水平孔與煤礦巷道內鉆出的頂角為106度的水平孔成功實現(xiàn)對接，取得了“點對點”的精準連通結果。
該井的聯(lián)通，既保證該礦地下采煤時的安全，又進步了能源的開采與行使率。據(jù)了解，該工程共有兩個主分支，四個側分支，將兩個主分支分別與井下瓦斯抽放鉆孔實現(xiàn)對接，對接成功后進行井下瓦斯預抽采。目前，其中一分支已進入試抽采期，經(jīng)抽采數(shù)據(jù)注解，該分支日產(chǎn)氣量1萬立方米以上，抽采瓦斯?jié)舛冗_90%以上，瓦斯流量最高達10立方米/分鐘以上。該水平井的產(chǎn)氣量目前已超出了預期結果，據(jù)以往同類井型抽采結果注解，該井產(chǎn)量將會繼承攀升，有望創(chuàng)造新的產(chǎn)氣紀錄。
服務固體礦產(chǎn)水溶開采：
自然堿礦、鹽礦開采應用
當水溶采礦方法與定向對接井技術相結合起來，一種低投入、高產(chǎn)出、高服從、綠色環(huán)保的采礦方法誕生了。分外是在鹽、堿、磷、芒硝等的鉆孔水溶或水力開采領域，采用定向對接井是一種事半功倍的方法，不但礦山投資小，而且占地面積最少，地表無尾礦產(chǎn)生，開采深度可達3000米，這無疑是一種綠色環(huán)保的礦山開采方法。
2014年11月，勘探所在河南安棚自然堿礦采用該技術指導SP01水平井與其靶井實現(xiàn)了一次對接連通，連通點垂深達2850米，創(chuàng)全球薄層堿礦對接井水溶開采垂深最深紀錄。該井組連通后，在注水流量達60立方米/小時的條件下，出鹵濃度高達120克/升，成功實現(xiàn)了穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)的目的。該成果也是勘探所在湖北沙隆達鹽礦連通2800米深井后又一新突破，創(chuàng)下了水平對接井深新紀錄。
河南安棚自然堿礦是國內發(fā)現(xiàn)的大型自然堿礦之一，是世界上埋藏最深的自然堿礦床。勘探所實施的水平井開采的礦層埋深達2800米以上，該礦層是由厚度從0.1米至1米不等的礦互層及夾層組成，礦層頂、底板及夾層重要為白云巖。而且，區(qū)域內礦層極不穩(wěn)固，起伏比較大，電測井時經(jīng)過3次對比才最終確定礦層。勘探所實施的鉆井工藝除了采用合理的鉆具組合、井身結構外，在井眼軌跡控制方面采取了特別工藝方法，包括采用無線隨鉆測斜儀、引入了地質導向儀指導鉆頭和采用該所自立研發(fā)的深孔高溫磁中靶儀。實踐注解，該儀器實現(xiàn)了一次引導中靶成功，這種工業(yè)生產(chǎn)與科研成果緊密結合的模式，對勘探所往后的科研工作起到了較強的示范作用。
據(jù)了解，在國內，勘探所生產(chǎn)的“慧磁”鉆井中靶導向體系已成為水溶采礦鉆井設備的標配，正在發(fā)揮著越來越緊張的作用。據(jù)不完全統(tǒng)計，自2009年“慧磁”體系首試成功以來，截至目前已成功完成了百余次對接連通引導作業(yè)，且實現(xiàn)了100%連通。目前，在國內的鹽堿采鹵井對接領域，“慧磁”的市場占據(jù)率已經(jīng)以較大上風超過了美國的RMRS儀器。
拓荒服務新領域：
避障防碰、指導巷道掘進
在鉆探區(qū)域，偶然存在一些廢棄井或其它地下管道，在鉆進時必要避開它們，這時可以借助磁指導技術，指導鉆進避開這些停滯物。
2013年4月，從大連旅順傳來喜信，勘探所為北京萬地地質工程公司因地質緣故原由出現(xiàn)埋鉆事故的熱水井而實施的糾斜繞障工程圓滿完工。該工程要求繞過位于井深1394米的事故頭位置。因為事故地層為千枚巖，硬度達7~8級，常規(guī)鉆進鉆速僅為20~30厘米/小時，施工難度極大。該繞障工程的成功實施，充分顯現(xiàn)了勘探所豐富的技術實力和團隊協(xié)作精神，為定向鉆進技術拓荒了一個新的應用領域。
“慧磁”鉆井導向體系還可用于指導鉆孔與巷道之間的連通。2014年2月，勘探所“慧磁”鉆井導向體系在河南省三門峽盧氏縣楊家灣鐵礦成功指導巷道掘進，實現(xiàn)其與鉆孔連通。在之前該鉆孔與巷道貫通的過程中，因為鉆孔測斜受鐵磁性金屬礦干擾，連通失敗。勘探所技術人員抵達工地后，經(jīng)7個小時的地下巷道和地面測量作業(yè)，為業(yè)主提供了鉆孔相對于巷道的誤差測量效果。該礦山按勘探所提供的測量效果掘進巷道，僅用1天多的時間就使巷道與鉆孔實現(xiàn)了連通。
服務礦山救援：
“慧磁“的首次嘗試
在智利礦難采用鉆井救援成功后，勘探所創(chuàng)新提出了一套行使“慧磁”體系進行井下被困人員的定位和救援孔定向指導技術方案：在礦山井下預設磁信標裝配，礦難發(fā)生后可由被困人員啟動，磁信標可延續(xù)30天以上向外發(fā)射磁旌旗燈號，用于提醒井下存活人員及所處位置，并正確指導地面救援孔鉆入被困區(qū)域，進步援救結果和服從。
在山東平邑玉榮石膏礦坍塌事故救援現(xiàn)場，勘探所技術人員提出了上述方案，作為備選方案完成了現(xiàn)場實施的技術預備和地面驗證，得到了國家安全生產(chǎn)救援搶險指揮中間及工程施工單位的高度一定，并將磁信標下入井內交到被困礦工手中。最后因為救生井的成功貫通，勘探所的救援方案未能實施，但也完成了我國“慧磁“體系在礦山救援的首次嘗試，為礦山搶險救援提供了一種備選的高科技手段。
“慧磁”中靶指導體系自2009年10月在土耳其工地成功連通第一對井后，其應用領域正在賡續(xù)地擴展，技術水平賡續(xù)進步。從國外鉆井市場到國內鉆井市場，從自然堿礦到鹽礦，再到煤層氣領域，打破了國外同類產(chǎn)品的技術壟斷，漸漸形成了本土化技術服務上風，使勘探所在定向鉆井領域走在業(yè)界前列。
目前，勘探所在中國地質調查局公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目支撐下，正在開展深孔高溫磁中靶體系“慧磁”的升級，其成果將在將來的頁巖氣勘探開發(fā)市場、地下熱能開發(fā)的拓展應用、在礦山救援井的拓展應用中發(fā)揮緊張作用，為我國的頁巖氣勘探開發(fā)、地下熱能開發(fā)、礦山救援等方面提供堅實有力的技術保障。
