1樓：中地數媒
目前，國內外主要採用的先進鑽探方法有金剛石繩索取心鑽探、液動錘衝擊迴轉鑽探、氣動錘反迴圈鑽探和泡沫鑽探等。
（一）金剛石繩索取心鑽探
在世界各國地質找礦鑽探施工中，應用最廣泛、綜合地質效果最佳的鑽探技術主要 是金剛石繩索取心鑽探技術。繩索取心鑽探技術（wire-line coring drill，簡稱wl）20世 紀40年代最早誕生於石油鑽井業，後來經美國longyear co.改進和開發，被應用於固體礦 產岩心鑽探施工中，此後在世界範圍內大量推廣應用，至今已有近70年的推廣應用歷史。
wl鑽探技術的誕生和成功應用實現了不提鑽取心，大大提高了鑽探效率，因而被稱為地 質岩心鑽探技術的一次革命［24，25］。
國外一直重視和不斷開發、完善金剛石wl鑽探技術。主要是在鑽桿選材、加工精度、熱處理及幾何尺寸等方面開展研究，使鑽桿強度、韌性和連線螺紋的可靠性有了進一步提 高，同時對金剛石鑽頭進行深入研究，提高了鑽頭壽命和鑽進效率。
我國自20世紀70年代中期開始研究並推廣應用金剛石wl鑽進技術，在地質找礦中發 揮了重要作用，截至2023年，完成鑽探工作量達1505萬m，鑽進速度和臺月效率大幅度提 高，取得了顯著的經濟與社會效益，在全國探礦領域幾乎普及了該項技術，並由此獲得了 國家科技進步獎一等獎［17］。但自2023年以後的十餘年間，由於礦產勘探工作量銳減及鑽探 施工單位向建築基礎領域的轉產，金剛石wl鑽探技術的應用也明顯減少，導致了該項技 術的發展非常緩慢，甚至停滯不前，與國外先進國家的差距進一步拉大，wl鑽探用鑽桿 的使用壽命、可靠性、鑽進效率和鑽進孔深等多項指標差距明顯，利用wl鑽探技術完成 的岩心鑽探工作量仍不足全部固體礦產岩心鑽探工作量的1/3［3］。近年來，隨著新一輪地質 找礦熱潮的興起，該項技術又重新得到恢復和發展，應用廣度和深度進一步拓展，以山 東、河北等為代表的省地勘局將該項技術進一步普及和提高，在「攻深找盲」和提高效率 等方面發揮了突出作用，鑽孔深度、鑽探效率等多項指標被不斷突破，技術水平有了較大 提高。
（二）液動錘衝擊迴轉鑽探
國外一直重視液動衝擊迴轉鑽進技術的發展。潛孔式液動衝擊器（又稱液動潛孔錘，以下簡稱液動錘）最早起源於歐洲。2023年在英國曾授予德國沃·布什曼以新鑽井方法的 專利，技術核心就是利用泵供給的液能驅動液動衝擊器對迴轉著的鑽頭進行連續衝擊，從 而實現衝擊迴轉鑽進。
從20世紀50年代開始，在美國、加拿大和前蘇聯都研製出幾種具有 實用意義的液動衝擊器。在地質礦產鑽探方面，研究最有成效的是前蘇聯，1900～2023年 開展對液動衝擊迴轉鑽進技術的研究，2023年開始逐步在生產實踐中得到應用。匈牙利在 20世紀60年代研製了φ48～160mm的5種雙作用液動衝擊器，將液動衝擊鑽具組裝在一專 用拖車上，並配套有相應的泵、除砂器、取心工具、鑽頭和事故處理工具等，搬運靈活方 便，在施工礦區或工地為多臺鑽機服務。
日本對液動衝擊器的研究起步於20世紀70年代，比較成功的是利根公司研製的wh-120n型雙作用式液動衝擊器，其最大特點是採用氣液 作為工作介質［14］。
近年來國外在液動錘的研究領域所做的工作相對較少，主要有美國泛美石油公司開發 的雙作用液動錘，澳大利亞sds公司的fh系列液動錘，德國克勞斯塔爾大學的複合式（閥 為正作用、衝錘雙作用）液動錘（準備用於德國ktb計劃，但未被採用），工作流體均要 求用清水（過濾在100μm）驅動。由於沖洗液不能有效護壁，所以使用深度受到限制，最深的應用記錄只有590m。
我國從2023年年底開始進行研究，到20世紀80年代末，我國的液動錘研究進入鼎盛時期，地質、冶金等部門分別研製出多種型式和規格的液動錘用於小口徑取心鑽探，其類 型涵蓋了正作用、雙作用和反作用、複合式液動錘，全部型號達到30種以上，累計鑽探進 尺超過了百萬米，取得了良好的技術、經濟效果，粗略統計可提高鑽進效率30％～50％以 上，同時還可明顯提高鑽孔質量和岩心採取率、延長回次進尺、降低材料消耗。這個階段 我國的液動錘研究和應用水平已經居世界先進水平，是繼前蘇聯以後在小口徑礦產勘探領 域廣泛應用液動錘鑽進技術的國家［14，26］。
進入20世紀90年代，由於我國的地質勘探工作量大幅下降，小口徑液動錘的研究投入幾乎中斷，這些成果並沒有得到很好的應用和提高，對該項技術的研究應用轉向主要對 水文水井、油田和工程施工用大口徑液動錘的研究。直到2023年，中國地質調查局勘探技 術研究所研製了一種新型的yzx系列液動錘（圖1-3），其靜密封的可靠性和耐高溫性以 及對深孔背壓適應性都有了改善和提高。特別是在中國大陸科學鑽探工程中，他們研製 的yzx 127液動錘連續鑽進了近500個回次，在較為複雜的泥漿環境中創造了單井總進尺 3485.
71m、最大應用深度達 5118.2m的世界紀錄。另外，勘探技術研究所還為大陸科學鑽 探工程研製了ks-1 57繩索取心液動錘、syzx273液動錘和螺桿馬達/液動錘/wl-三合一鑽 具，均取得成功，在提高鑽進效率，防止岩心堵塞，延長回次進尺，減輕孔斜等方面都發 揮了重要作用［14，27］。
圖1-3 新型yzx系列液動錘
該技術在科鑽一井的成功應用，推動了我國鑽探技術水平的進步。同時大陸科學鑽探 工程也為推動液動錘鑽進技術的巨大發展起到了非常重要的促進作用，使我國的深孔液動 錘鑽進技術達到了國際領先水平，得到眾多國外同行的高度評價。德國、澳大利亞、美國 等公司先後從我國引進該技術進行試驗研究。
然而，到此為止，國外液動錘取心鑽進最大 孔深為2000m，由前蘇聯創造（無細節資料報道），液動錘全面鑽進最大孔深是由澳大利 亞sds公司與pdvsa公司合作，在pic26井的4333.03～4353.15m井段對12/4 in液動錘進行 了試驗。
總的來看，用於深井條件下的液動錘還處於研究試驗階段，都未能夠達到大規模 應用的程度。在國內，對深孔條件下液動錘工作效能的理論分析研究也待進一步深入。特 別是在固體礦產小口徑鑽探普通生產條件下，由於泥漿固控系統還停留在傳統的巖粉自然 沉澱的水平，鑽進過程中泥漿固相含量較高，導致液動錘內部零件頻繁卡死，工作壽命大 幅度降低，從而導致提鑽頻繁。
在推廣過程中，液動錘鑽進的優點雖為大家所認識和接 受，但是實際應用還較少［14，28］。
（三）氣動錘反迴圈鑽探
在很多國家，氣動潛孔錘（以下簡稱氣動錘）反迴圈（reverse circulation，簡稱rc） 鑽探技術也得到較大發展。該項技術主要有兩種型別，一種是由普通氣動錘＋交叉通道 接頭＋雙臂鑽桿實現，即rc或中心取樣（center sample recovery，簡稱csr）鑽探技術；另一種是由帶rc取心（樣）鑽頭的貫通式氣動錘＋雙臂鑽桿來實現，即貫通式rc鑽探技 術。由於氣動錘rc鑽探技術改變了傳統的碎巖和取心方式，其鑽探施工效率可提高3～1 0 倍、成本降低1/2～2/3，因此，氣動錘rc鑽探技術被鑽探界稱為繼wl鑽探技術之後的又 一次革命［16，29］。
早在20世紀80年代中期，美國、加拿大、澳大利亞等國家就研究發展並 在勘探階段較廣泛地推廣應用該項技術。美國2023年研製的一種無閥貫通式氣動錘—— samplex-500型被major鑽探公司配在csr鑽機上使用［30］。目前僅美國西部地區就有 150多臺氣動錘rc鑽探裝置用於各種地質礦產鑽探，其中包括砂金和巖金礦床勘探。
據報 道，澳大利亞採用氣動錘rc鑽探技術完成地質鑽探工作量的比例已超過總工作量的80％，美國接近80％，東南亞接近60％，非洲達到30％。有些礦區幾乎完全採用氣動錘rc連續取 樣鑽探方法，或者按照採用氣動錘rc連續取樣鑽探與採用wl鑽探工作量20：1的比例布 置。
澳大利亞氣動錘rc鑽探最大孔深已超過700m［16］。
我國自20世紀80年代開始對該技術進行研究。勘探技術研究所等單位對普通淺孔錘 rc或csr鑽探技術進行了研究，2023年引進加拿大鑽機進行csr鑽探試驗，還相繼開發 了專用裝置、不同規格的雙壁鑽桿以及輔助器具等，並在個別礦區進行應用。原長春地質 學院對貫通式潛孔錘rc鑽探技術進行研究，並相繼研發了gq系列貫通式潛孔錘和相應的 rc取心（樣）鑽頭等，特別對rc取心（樣）鑽頭的rc機理和引射器原理及內部流場等 方面做了大量研究工作，並取得了多項研究成果。
但是，由於國內地質界對以岩屑代替傳 統柱狀岩心來評價礦產資源還不認可，目前還無相應規範可依，在地質鑽探設計時還不能 採用該技術，因此，該項技術一直未得到推廣應用。只有當礦區地層特別複雜無法成孔取 心時才進行試驗應用，如河南欒川縣三道莊鉬礦、河南嵩縣金礦、新疆白乾湖鎢錫礦等復 雜地層地質勘探中均採用了貫通式氣動錘rc鑽探技術。另外，由國外礦業公司出資勘探 的部分礦區，如澳大利亞瑞翔公司在黑龍江嫩江爭光巖金礦勘探中，要求採用rc鑽探技 術，採用後取得了較顯著的技術效果和經濟效益，鑽探施工效率提高3～10倍，成本降低 1/2～2/3［29］。
（四）泡沫鑽探
泡沫用於鑽探工程始於20世紀50年代中期。當時美國為在乾旱缺水、且穩定性較差的 地層中鑽井，首先在內華達州使用了泡沫鑽井液。因泡沫鑽進時上返速度僅為空氣鑽進上 返速度的1/10～1/20，有效地保證了孔壁穩定。
此後美國又進一步開展了適用於鹽水、油 層、永凍層鑽進的泡沫流體的研究，擴大了泡沫鑽進的應用範圍，取得了很好的經濟效 益，成為低壓油田開發的一種有效手段。
前蘇聯在20世紀60年代初開始進行泡沫鑽進的實驗研究。到70年代，開始利用泡沫進 行小口徑金剛石岩心鑽進，並且在泡沫流變學、泡沫鑽進過程中的溫度、壓力等方面進行 了深入的理論研究。在十多年的初步研究中，證明在8～10級岩層中，與使用常規沖洗液 相比，鑽進機械鑽速提高了30％，回次進尺提高了22.
5％，鑽進效率提高了25％，金剛石 消耗降低了28％，功率消耗降低了23％，綜合經濟效益提高了34％。到2023年，前蘇聯採 用泡沫鑽進技術的鑽探工作量近10×104m，各種泡沫劑**也在60～70t［31，32］
在美國、加拿大、德國、英國等國家，泡沫鑽進技術也得到了快速的發展，並被列為 今後新技術開發的方向。美國在20世紀80年代初期已基本完成泡沫鑽進的各種研究工作。sandia nation公司2023年研製推出了100多種陽離子、陰離子、複合型及非離子型的泡沫 劑，以適應各種複雜地層條件下的泡沫鑽進的需要；泡沫鑽進裝置已達到系列化；鑽進工 藝水平達到了計算機控制化的水平。
我國對該項技術的研究起步較晚，20世紀80年代中期，首先在石油系統利用泡沫進行 洗井、鑽井工作，研製了f873、tas等泡沫劑。此後，地礦、煤炭系統也進行了這方面的 研究工作，先後研製出了kzf123、cd-1、cdt-812、cdt-813、df-1、adf-1等型別的泡 沫劑，同時還開展了泡沫鑽進工藝的技術研究，經過對不同環境條件及機具的試驗研究，總結了一套比較成熟的泡沫工藝和鑽進規程，推動了泡沫鑽進技術的發展。但由於正值地 質鑽探工作量銳減，而此技術在初期投資、能耗和後期泡沫劑**方面的費用都比普通鑽 進技術高，導致其推廣應用處於停滯狀態。
直到90年代中後期，長春科技大學又在原地質 礦產部立項，進行了水泵泡沫增壓裝置的研究，取得了泡沫增壓泵的容積效率達到90％的 效果。2023年，為配合西部大開發，在上述研究的基礎上專門研製了大型的水泵再增壓泡 沫灌注系統，經在寧夏西海固地區的實際施工試驗，取得了水泵的增壓能力達到5mpa令 人可喜的效果［31，32］。此外，還在吉林省科委立項進行專門的泡沫潛孔錘的研究，已取得了 突破性進展，但目前用於生產還需要進一步試驗研究和完善。
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