地质钻探技术与装备21世纪新进展

21世纪初,我国地质钻探技术处于立轴钻机普遍使用、国产绳索取心钻杆只能满足1000 m以内孔深钻进要求、钻探器具相对落后、硬岩地层钻进效率低、复杂地层取心效果差的落后局面。近10多年来,在多个国家重大科学工程项目、国家科技支撑计划、"863"计划、地质大调查专项等科技项目支持下,通过产学研联合攻关,形成了硬岩深井科学钻探技术体系和2000 m以内地质岩心钻探技术体系,浅层取心(取样)钻探技术、新能源勘探开发钻探技术、地质灾害调查和防治钻探技术、定向钻探技术、基础工程施工钻掘技术等都取得了飞速的发展和进步。本文对21世纪我国地质钻探技术与装备、关键器具新进展进行了阐述,并对经济新常态下的发展方向进行了展望。     

我国煤矿井下坑道钻探技术装备40年发展与展望

煤矿井下坑道钻探在保障煤矿安全高效开采、增加清洁能源供给、实现绿色发展等方面发挥着不可替代的作用。改革开放以来,我国煤矿井下坑道钻探技术与装备实现了"由无到有"向"由弱到强"的历史性跨越,依靠坑道钻探技术与装备科技创新,支撑煤矿地质保障能力持续增强。首先从矿井灾害防治、隐蔽致灾地质因素探查、煤层气资源开发和其他工程应用等方面,全面阐述了安全高效绿色开采对煤矿井下坑道钻探的需求,并结合煤矿井下坑道钻探领域专著、专利、论文、标准规范、获奖情况,系统回顾和总结了40年来我国煤矿井下坑道钻探技术与装备的发展历程和代表性成果。在坑道钻探技术与装备方面,提出和发展了煤矿井下坑道回转钻进技术、稳定组合钻具定向钻进技术和随钻测量定向钻进技术,实现了煤矿井下钻孔施工由"无控钻进"到"受控钻进"再到"精确定向钻进"的跨越;研制了坑道钻机、泥浆泵(车)、钻杆、钻头、螺杆钻具、随钻测量系统、冲洗液循环净化系统等装备,促进了煤矿井下坑道钻探装备国产化进程及其升级换代,形成了适应于我国煤层赋存地质条件和开采条件、同时具备自主知识产权的坑道钻探技术与装备体系,尤其是大功率定向钻进和自动化、智能化钻进技术与装备研发,使我国煤矿井下坑道钻探技术装备水平跃升到新的台阶,推动了煤矿地质保障技术的进步,支撑了我国煤炭科学产能的释放和煤层气高效开发。面对新一轮能源科技革命,针对新形势下煤矿安全发展新要求,以信息化、智能化为特征的精准快速坑道钻探技术与装备的发展已迫在眉睫,在此基础上,提出了煤矿井下坑道钻探技术与装备发展方向及建议。     

我国“十二五”期间的科学钻探活动

介绍了我国"十二五"期间主要的科学钻探项目实施情况,主要有"深部探测技术与实验研究专项"中的科学钻探、汶川地震科学钻探、松辽盆地科学钻探工程项目"松科二井"项目、铀矿科学深钻、东南沿海第一口干热岩科学钻探、大陆架科学钻探、长白山天池火山科学钻探、胶莱盆地白垩纪科学钻探、海洋科学钻探、冰心钻探等,以及在这些项目实施过程中开展钻探技术研发获得的成果,并对我国科学钻探的发展进行了展望。     

大陆科学钻探施工用钻探技术和施工战略

国外实施大陆科学钻探采用的钻探技术有地质岩心钻探技术、石油钻探技术、组合式钻探技术 ,以及前苏联和俄罗斯的具有鲜明特色的科学深钻技术 ,分别介绍了它们各自的技术特点及优缺点 ,并介绍了科学深孔和超深孔的 2种施工战略 ,即超前孔裸眼钻进方法和双孔方案。     

深孔地质岩心（样）钻探技术面临的技术问题

实现深部找矿及找矿突破战略目标的主要手段是采用高效、低耗的钻探取样技术,而绳索取心钻探技术是当前难以替代的综合效益最好的地质找矿钻探技术。分析了绳索取心钻探技术面临的主要技术难题：钻杆断裂问题,坍塌缩径地层的适应性问题,内管总成投放打捞可靠性问题,以及提高金刚石钻头寿命问题,并提出了解决这些问题的措施和建议。     

固体矿产钻探技术的现状和展望

分析了国际钻探市场现状以及固体矿产钻探技术的进展,归纳总结了近１０年来我国固体矿产钻探技术的主要进展。并对发展我国固体矿产钻探技术提出了建议。     

海洋深水钻探船及取样技术

介绍了国外海洋深水钻探船和取样技术,重点介绍国内启动深水钻探的动向,钻探船的性能要求,取样技术的设计方案,并对海洋深水钻探的启动,提出了看法.     

汶川地震断裂带科学钻探项目钻探工程实施总结

介绍了汶川地震断裂带科学钻探项目的钻探工程实施情况,包括完成的钻孔情况、钻探施工中遇到的技术难题,以及为解决这些难题开展的钻探技术研发和钻探工程的组织管理等。     

我国地质钻探现状和发展前景分析

我国经济社会发展已步入"新常态"。作为地质调查和矿产勘查工作重要技术支撑的地质钻探行业,资金投入显著减少,地质钻探工作量大幅下滑,常规钻探施工产能过剩;另一方面,地质钻探新的服务领域不断扩大,包括深部科学钻探,地热能及非常规能源勘查,海洋、灾害防治、生态环境、地外天体、极地方面的钻探等。如何应对地勘行业出现的问题,是全行业共同面对的挑战。在对当前及今后一段时期地质钻探工程面临的困难、挑战和机遇等进行调研分析的基础上,对我国地质钻探未来的发展前景进行了预测,认为地质钻探工作量将进一步减少,新领域、新业态的钻探工程及先进钻探技术和装备需求将进一步加大,更加贴近国家需求,更加注重环保理念。     

常规工程勘察水上钻探实用安全技术

工程勘察水上钻探相比陆上工程勘察,存在较大的安全风险,更易发生安全事故。以常用的木筏式、双体钻船式水上钻探平台为例,介绍了钻探平台的适用范围、安装、锚泊施工技术,重点阐述了水上钻探的安全管理及技术,希望能为同行提供借鉴。     

中国东部海区科学钻探施工技术探讨

东部海区科学钻探工程是我国海洋地质研究中的一项重要工程,施工环境复杂,钻探施工难度大。根据地质预测和环境条件,针对实际情况,分析海上钻探施工的难点,提出了钻孔结构、钻进工艺、取心方法、冲洗液使用等方面的技术方案思路,以指导和保障钻探施工。     

一种带浮动功能的海底钻机动力头装置的研制

海底钻机是海底资源勘探、海洋地质调查以及海洋科学考察不可或缺的重要技术装备。本文针对海底钻机的工作环境和工作方式,分析了作为海底钻机关键部件的动力头装置在设计时需要考虑的问题,并以这些问题为设计导向,提出了海底钻机动力头装置在设计时应具备的功能。最后,根据这些功能设计了相应的结构。     

三江盆地富地1井软塑地层钻探技术

具有中生界海相和海陆相交互沉积、且被多次构造运动改造后的三江盆地,其覆盖层均为软塑地层,并且厚度较大;针对三江盆地厚覆盖层软塑地层保直钻进施工存在的难点,从钻进方法、井身结构、钻井液护壁、工艺措施等方面进行研究,分析得出适合于在三江盆地软塑地层不下套管的情况下,实施保直取心钻进的技术措施,并且在生产实践中解决了钻进技术难点,取得较好的经济效果。     

我国地质找矿钻探技术装备现状及发展趋势分析

在对我国地质找矿钻探技术装备发展经济环境分析的基础上,通过调研和统计数据,分析了我国地质找矿钻探技术和装备的现状及发展趋势,包括岩心钻机的生产、销售和使用情况,煤层气钻机的现状,施工单位对新技术、新装备的需求等。提出了我国地质找矿钻探技术及装备发展的建议。     

水力反循环连续取心(样)钻探在浅海砂矿勘查中的应用

概述了水力反循环(HRC—Hydraulic Reverse Circulation)连续取心钻探技术首次在我国海南砂矿勘查取心(样)钻探施工过程及取得的效果;总结了海上砂矿取心(样)钻探施工的经验。该技术的成功应用,为国内外开展海洋区域地质、海洋环境地质、海洋工程地质调查等钻探取心(样)施工提供了一种全新、高效实用的技术方法。     

取心钻进工艺方法的技术经济学分析——施工时间分析

介绍了一项取心钻进技术经济学研究的成果。此研究将技术经济学研究的思想引入钻探技术设计,实现取心钻进方法的评价和优选。推导了钻进施工时间的计算公式,并对几种国内常用的或正在改进完善的取心钻进工艺方法进行了评价。评价结果表明,液动潜孔锤钻进方法是一种值得大力推广的高效钻进方法。     

国内常规海洋地质钻探取心技术进展

为实现在海洋地质钻探中高效、便捷地采获海底各类地层样品,设计研发了绳索取心泥浆静压活塞取心钻具、海洋砂质地层绳索取心钻具和液动冲击绳索取心钻具,并在南海进行了钻探试验和作业。结果表明,泥浆静压活塞取心钻具能有效减少样品扰动,原始结构较为完整,海洋砂质地层绳索取心钻具和液动冲击绳索取心钻具在粉砂层、砂层中的岩心采取率高于规范要求,能够满足作业需求。     

松软煤层风力钻进工艺

松软煤层在我国分布很广,采用风力钻进工艺,从钻探技术装备和瓦斯地质钻探工艺上,形成了较为完整的体系,通过风力钻进工艺在多家煤矿的应用,在钻深、孔径和钻孔保存维持较长抽采时间上取得了良好的技术成果。     

我国地热资源开发利用及钻进技术

针对我国地热资源多年来的开发利用现状,以及近年来国内对新能源开发之一的地热能掀起的高涨热潮的新形势,结合生产实际,论述了从地热能的开发利用到施工单位对钻探设备和工艺方法新的要求,以及地热钻井技术的最新进展.     

创新、求深、发展，实现煤田钻探技术新突破

重点介绍了福建省121地质大队在"十一五"期间,紧跟国内科技前沿,积极开展绳索取心煤田深孔钻探技术研究,通过钻探技术创新,新工艺、新技术推广应用和深化钻探管理模式改革,取得了钻探深孔施工能力和钻探效益的显著提高。