地质岩心钻探技术
2.3.2.1地质岩心钻探设备发展方向
在地质岩心钻探领域，全液压动力头钻机引领了地质岩心钻探设备的发展方向，自动化钻机已达到实用化水平。
(1)全液压动力头钻机
阿特拉斯·科普柯·克里斯滕森全液压岩心钻机已形成完整系列。CS系列全液压钻机的钻进能力从610m到2000m，具有长冲程进给、钻具无塔提升、无级调速、机械化程度高、配套仪器齐全、生产效率高的优点。其中，浅孔钻机分解性强，分解部位轻，适用于难以进入的地区。Boart Longyear公司LF70钻机(59mm钻孔深度760m)。CT-171便携式钻机可由直升机吊装。设计特点是拆卸下来的零件不到25kg，部分零件采用轻合金，所以整体RFM比较轻。其设计模块化、全液压、便携、多功能，代表了最新的发展趋势。新型“飞行”钻机是真正的小模块组装式，适合在难以进入的地区进行人工或飞行搬迁。比如加拿大的HYDRACORE 4000钻机也是设计了动力机和液压站进行组装。钻机功率200马力，以绳索取心钻井技术为主。NQ系列钻井深度达到1067米
(2)多功能钻机
随着复合钻探技术(即金刚石取心钻探、空气反循环连续取样钻探和空气潜孔锤一孔取样钻探)的广泛应用，适用于这种复合钻探技术的多功能钻机发展迅速。加拿大国际钻探设备公司的CSR系列钻机主要用于孔深300 ~ 1000 m的反循环中心取样(CSR)，广泛应用于美国和加拿大的金、铀、铁等地质矿产勘探。美国山姆T系列钻机用于水井和煤层气井；英格索兰公司的RD系列钻机用于钻水文井；美国常年公司的HD-600钻机用于油气、地热、矿产勘探。钻孔深度从1000米到3000米不等，例如，HD-600钻机使用CHD-76绳索钻孔时，钻孔深度为3000米。澳大利亚U.D.R公司的Universal 5000深孔全液压动力头钻机，用89mm钻杆钻φ165mm无芯时，钻井能力为1900 m。用CHD101绳索取心时为3100m·m，配备柴油机功率410Hp，提升能力达到450kN。这种钻机体积大，重量大，是深孔重型钻机。
(3)自动化和智能化钻机
加拿大JKS·博伊尔斯公司成功开发了B系列隧道自动钻机。该系列钻机采用全液压动力头结构，机、电、液一体化，电脑控制钻井方式。施工现场只需要一名操作人员。钻井参数完全由计算机监控；钻具提升等操作也自动完成。钻井过程也可在地面通信操作室(CCR)中连续监控和自动记录数据。B-10、B-15和B-20自动钻机的最大钻井深度分别为340、600(AQ)和1550m。瑞典HAGBY公司成功开发了ONRAM系列1000/4 CCD和2000 CCD全自动岩心钻机。1000/4 CCD钻机的钻井能力为750米(BQ钻杆)。钻机可以采集和记录钻井过程中的13参数，并根据这些参数实时控制钻井过程。
阿特拉斯·科普柯公司成功开发了Diamec系列自动钻机，这是一种典型的适用于金刚石钻探的高速低扭矩钻机。Diamec系列钻机适用于地面或道路施工。它们都是液压动力头，配有机、电、液一体化的操作系统。在矿井中的实际应用具有钻进效率高、钻进成本低、操作简单等明显优点。Diamec264APC钻机配有三种不同的进给长度(0.8、1.8、3.3m)，以满足不同的需求。近年来，阿特拉斯·科普柯先后开发了DiamecU4APC、DiamecU6APC、DiamecU8APC自动钻机。其中DiamecU4APC属于第二代自动钻机，真正实现了机器的单人操作。DiamecU6APC钻机在DiamecU4APC的基础上进一步简化了结构，提高了电子系统在恶劣环境下的工作能力。其钻孔深度为1000米。作为第三代自动钻机的代表，DiamecU8APC钻机在设计上更多考虑了人机工程学，加强了人文关怀和安全性，其钻井深度为1500m。
(4)中国XY系列液压立轴岩心钻机
“九五”期间，研制成功液压立轴双卡盘不停倒杆钻机和交流变频双卡盘地质岩心钻机。“十五”期间，YDX-3新一代全液压动力头地质岩心钻机研制成功。该钻机适用于金刚石绳索取心、冲击旋转、定向钻进、反循环连续取心(取样)等多种高效钻井技术。
2.3.2.2地质岩心钻探技术的新进展
随着地质工作的全面恢复，岩心钻探工作量逐年增加。以绳索取心、液压冲击旋转、定向钻进等先进钻探技术为主要特征的小直径金刚石地质岩心钻探技术再次显示出勃勃生机。同时，自专项地质调查成功实施以来，钻探技术取得了新的发展。特别是国家重大科学工程——中国大陆科学钻探工程“科学打井一井”的顺利完成，极大地促进了我国岩心钻探技术的提高。
1)液压DTH锤的结构和性能有了很大的改进，“三合一”钻具研制成功。十五期间研制成功的YZX127液压DTH锤采用了全新的结构，大大提高了液压锤的能量利用率和稳定性，其技术成果获得了两项国家发明专利。在“科学打井”施工中，创造了单井连续使用液压锤进尺3485.69米、使用深度5118.2米两项世界纪录。自主研发的液压DTH锤+螺杆马达+绳索取心“三位一体”钻具，在“科钻1井”主孔5000多米的孔深中一次成功钻进，取出一个长度为3.5m的完整岩心。实践证明，该套钻具的研究已初见成效。
2)探索了VDS垂直钻井系统和保真取样钻具。多功能微机自动定向钻井系统及技术的研究是以自动控制和纠偏为基础的。利用传感器、液压、机械等成熟技术，探索出机电一体化的闭环垂直钻井系统，基本解决了空间狭小、工作环境恶劣带来的各种技术难题，为闭环控制系统的主要硬件设计探索出一套工作思路，为今后高技术自动垂直钻井或自动定向钻井系统的研究积累了经验，为系列化研究奠定了基础。
3)定向钻井技术和对接井钻井技术取得新进展。设计了适用于定向钻井的组合钻具，并对中低转速螺杆钻具进行了改进，以适应牙轮钻头、金刚石钻头和复合片钻头。编制了定向钻和水平钻设计控制软件。改变了水溶性矿物的开采方式，大大提高了开采效率和矿产资源的利用率。完成两对近3000米深井对接井，开创了我国对接井技术的新时代，实现了卤水对接井的重大技术突破。
4)在中国大陆成功完成科学钻探项目“科学打井”。2005年6月5438+2月65438+7月，“中国大陆科学钻探工程钻探新技术体系研究与应用”科技成果通过国土资源部鉴定。该项目创造性地将“组合钻井技术”、“灵活的双孔方案”、“先进的小孔径取心钻井方法”相结合，形成了具有中国独有特色的科学钻井技术体系。该钻井新技术体系主要由井底动力驱动冲击旋转取心钻井技术、硬岩大直径长井段扩孔钻井技术、大斜度地层井斜控制技术、优质LBM-SD泥浆体系、小间隙固井及活动套管应用技术、井内事故预防与处理技术、钻井数据采集与处理技术等组成。“科技打井”的成功实施及其科技成果极大地促进了我国地质岩心钻探技术的提高。
5)钻探岩石破碎的新方法仍在探索中。中国地质大学(武汉)建立了“热熔钻井实验系统”，并对松散和砾石地层进行了初步实验。中国地质大学(北京)音频振动钻机和钻井技术的研究正在进行中，定向钻的钻井轨迹实时监测和中靶系统的研究也已启动。吉林大学生物非光滑理论和仿生金刚石钻头的研究取得了实验数据。