本文摘要：随着经济社会发展和科学技术变革，人类探索矿产资源的脚步向地球深部大大伸延。

随着经济社会发展和科学技术变革，人类探索矿产资源的脚步向地球深部大大伸延。而要构建对深部矿体的细致观测，就要解决问题一系列根本性技术难题，为优质、高效地实行钻井工程获取先进设备的技术装备与工艺。中国地质调查局勘探技术研究所带队积极开展的《2000米以内全液压地质岩芯钻井装备及关键器具》项目，创建起我国2000米以内地质岩芯钻井技术体系，使我国由全液压岩芯钻机、高性能绳索钻杆进口国一跃沦为出口国。

在1月8日举办的2015年度国家科学技术奖励大会上，勘探所所长、《2000米以内全液压地质岩芯钻井装备及关键器具》项目负责人张金昌，代表研究团队发给了国家科学技术变革二等奖的证书。深部找矿钻井技术亟需破题近年来，我国矿产资源勘查面对大量找矿难题。

我国大部分金属矿山500米深度以下地质构造环境简单，新区、杨家矿山深部和各类隐伏矿区的探矿可玩性减小。成矿预测、钻孔选址、简单地层与深部倒数取芯亟需破题，急需运用先进设备的、高效地成矿理论和勘查技术方法指导。钻井，是目前深部地下信息推测与说明的唯一检验手段，也是最后圈定矿体、计算出来储量、评估矿体品位唯一的技术手段。

如何研发先进设备简单的深孔、超强浅孔岩芯钻机?如何突破大深度韧交互、简单碎裂地层倒数取芯的钻入技术和工艺?这些，都是构建深部找矿突破亟待解决的根本性科技难题。上世纪八九十年代西方发达国家就已完成了从立轴式钻机到全液压动力头钻机的更新换代，绳索取芯钻入技术以求广泛应用于。而我国，在本世纪初，对新的工艺技术适应性劣的立轴钻机还在广泛用于，新一代全液压动力头钻机必须花上重金进口;国产绳索取芯钻杆由于管材质量问题不能符合1000米以内钻入，且钻杆倒下事故时有发生;钻井器具也比较领先，硬岩地层钻入效率较低;事故处置工具非常简单，简单孔内事故处置能力差，经常造成整个钻孔出厂。

这种领先局面，相当严重制约了我国深部地质勘探工作的发展。针对我国地质岩芯钻井技术与装备的落后状况，由中国地质调查局勘探技术研究所张金昌教授级高级工程师联合，牵头北京天和众邦勘探技术股份有限公司、无锡钻井工具厂有限公司、浙江新纪元管业科技有限公司、唐山市金石超硬材料有限公司、苏州市苏新探矿工具厂5家单位，自1999年开始历时15年，在国家承托计划、“863”计划、地质大调查专项等科技项目反对下，对全液压岩芯钻机及地质岩芯钻井关键器具展开了全面技术研制成功。科研团队先后研制了系列全液压岩芯钻机、高强度钻井管材和绳索取芯钻杆、高效液动锤、新型事故处置工具等关键技术装备，突破了相当严重制约我国地质勘探工作发展的技术瓶颈，创建起我国2000米以内地质岩芯钻井技术体系，近3年取得必要经济效益16.69亿元，已完成钻井工程量超强1000万米，创间接经济效益超强50亿元，使我国钻井技术向前横跨了一大步。

自律研发构建五方面技术创新项目研制的全液压岩芯钻机已构成YDX、CSD两个系列，共20余个型号，享有多项技术专利，钻入深度300-2000米，具备宽行程给入、机械化程度低、无塔乘载钻具、安全性好、运移便利等优点，通过无级调压、无级调节扭矩、配以有所不同的功能模块，可适应环境当前以金刚石绳索取芯钻入为主体的多种高效钻入工艺。因钻井效率高、人工操作者劳动强度较低、适合构建多种钻井工艺等优点，使得全液压动力头驱动式岩芯钻机备受钻井市场的注目。针对深部钻井过程中时有发生的钻杆倒下事故，顺利研发了2000米以上大深度高强度绳索取芯钻杆用管材——XJY850冷拔管材，机械性能比我国长年用于的45MnMoB(DZ60)地质管提升了44%以上，生产成本却仅为进口同钢级产品价格的50%。

在此基础上，顺利研制的大深度小直径薄壁绳索取芯钻杆，已完成了高强度绳索取芯钻杆螺纹副和杆体结构优化，完备了钻杆热处理工艺、钻杆量产生产工艺，使得钻杆强度低，耐磨性、密封性明显改善，价格仅有为进口产品的40%左右，大大降低了钻井施工成本。除此之外，该钻杆管材的几何尺寸、机械性能皆超过国际先进设备水平，使我国钻杆在相连方式上与国际互通，转变了我国绳索取芯钻杆品种单一、钢级偏高的现状。项目研制的高效系列液动潜孔锤，目前已沦为国内市场全面规模化应用于的液动锤产品，设施更容易、确保便利、工作寿命长、稳定性低、工艺适应性好。经180余万米的钻井实践证明，与常规转弯钻入比起：时效可提升30%～360%、回次进尺可提升18%～200%、取芯亲率可提升10%、钻头寿命可提升30%～80%、生产成本减少15%以上，并可明显改善钻孔倾斜状况，从而在国内外首度构建了该技术的实用化和产业化，多次建构了液动冲击转弯钻入技术的世界纪录，深达应用于深度多达4000米。

此外，项目组还研制了系列地质岩芯钻井事故处置工具，利用沉船、震击、切割成、收买、磨铣等方法，处置卡钻、挖出铁环、火烧铁环、折断铁环、跑完铁环等各种简单孔内事故，转变了目前处置孔内事故处置工具非常简单，处置方法单一，处置效果劣的局面，大幅度提高了对各类简单孔内事故的处置能力。项目组还的组织行业内的钻具研究机构和生产企业，系统研究了国内外地质岩芯钻井钻具的近期研究成果和应用于现状，制订1项国家标准《地质岩芯钻井钻具》和2项行业标准《地质岩芯钻井金刚石钻头》、《地质岩芯钻井金刚石扩孔器》，空缺了我国没地质岩芯钻井钻具国家标准有效地实行的空白。攻占全国全液压钻机七成市场份额YDX、CSD两个系列的全液压岩芯钻机一问世，之后很快在全国的地矿、煤炭、核工业、冶金、有色、武警黄金、化工等行业获得了广泛应用，攻占了我国全液压地质钻机70%的市场份额。

2009年8月1日~2010年4月11日，在全国危机矿山找矿项目反对下，勘探所牵头山东正元地质勘查院烟台分院使用项目研制的全套设备——YDX-5型全液压岩芯钻机、由XJY-850低钢级仪器冷拔无缝合金管材做成的NQ高强度加强型绳索取芯钻杆、NQ绳索取芯液动潜孔锤等设备与器具，在山东省乳山市下初镇金青顶金矿区，已完成了一个顶角80°、终孔口径φ77毫米、终孔孔浅2212.8米的生产勘探孔，为山东金洲矿业集团下一步的深部找矿获取了地质资料。2010年8月~2012年底，贵州省地矿局102地质大队使用CSD1800X型全液压岩米钻机在西昌锰矿整装勘查项目中积极开展钻井施工，已完成仅次于深度为1691.33米、终孔口径φ75毫米的钻孔，单机总进尺为12804.66米，构建产值896万元。

值得一提的是，该系列钻机不仅完全超越了国外全液压钻机在国内的市场独占地位，打造出了我国钻机的民族品牌，而且出口到6大洲20多个国家，提高了我国钻机的国际市场地位和知名度。由XJY850低钢级仪器冷拔地质钢管生产的钻杆产品，在国内普遍应用于简单地层和大深度钻孔，不仅替代了国外钻杆，而且还生产成Q系列钻杆销往东南亚、西亚以及澳洲和南美洲地区。项目研制的系列液动潜孔锤，目前已普遍应用于国内地质钻井、水文水井钻井、基础施工以及国家重点科学钻井工程等领域，覆盖面积地质、煤炭、建筑、核工业、石油、冶金、有色等各勘查领域。

其产品划入省级地勘局政府订购中，部分产品随我国施工队伍在国外钻井工程中用于，沦为我国近年来钻井技术发展和应用于的技术热点，2011年被科技部等四部委颁发国家重点新产品称号。针对深部地质岩芯钻井现实拒绝和未来发展必须，项目组今后将重点研发多达3000米的特深孔用地质钻井装备，强化钻井智能化专家系统和软件开发，研制自动化、智能化和安全性、节约能源的钻井技术装备。同时，通过优化环空水力地下通道、完备钻柱合理口径系列，攻下合金钢管材服役无限大、提升钻柱强度和密封性能等关键技术，研发适合于特深孔应用于的小直径绳索取芯钻杆，更进一步前进钻杆自动化生产技术。

此外，还将研究低地温、低地应力环境下的孔底动力碎岩技术，研发大冲击能量的液动锤产品，不断扩大技术应用领域。

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