Question

我国深部岩心钻探技术的发展现状

Answer 1

矿产资源作为人类赖以生存和发展的重要物质基础,对可持续发展战略的实现起着关键性作用。据有关资料报道,我国“十一五”期间在矿产勘查方面总投入约3000亿人民币,钻探工作量累计达约9000×10⁴m(图1-6,图1-7)。2010年钻探工作量比2000年上升39倍。在相关院校、科研院所、企业等单位探矿工作者的共同努力下,深部岩心钻探技术成果斐然,为深部地质找矿及国家科学钻探提供了重要技术保障。

图1-6 我国“十一五”地质勘查资金投入

图1-7 我国“十一五”地质钻探工作量

在地质找矿方面,“十一五”期间我国现已完工1000m以深的钻孔数百个,2000m以深的钻孔60余个(主要由山东、辽宁、河北、安徽、江西、河南等省完成)。继2010年6月安徽省地矿局313地质队完成了安徽霍邱铁矿区勘探2706.68m深钻孔(图1-8)首创国内小口径绳索取心钻进最深纪录后,孔深纪录不断被刷新。现全国已完成3000m以深的超深孔约10余个(含地热勘探井),最深地质岩心钻探小口径绳索取心钻孔为山东省地矿局第三地质矿产勘查院在山东莱州三山岛西岭金矿于2013年完成的ZK96-5孔,终孔孔深达4006.17m。宁夏煤田地质局第二工程处于2012年在甘肃省华池县完工了一口气探井(莲54井),终孔孔深达4220m,创煤田地质钻探最深纪录。

图1-8 安徽霍邱铁矿勘探ZK1725科学试验孔终孔庆典仪式

在科学钻探方面,四川汶川地震断裂带科学钻探完成了5个异常复杂地层大口径不扰动样取心钻孔,岩心采取率均达90%以上,最深孔深达2338m。东北松辽盆地的环境科学钻探完成了2口大直径(Φ216mm～Φ156mm)不扰动样取心钻孔,孔深分别为1810m和1915m。国家深部探测计划科学钻探在全国布置6个钻孔,完工最深孔深3008.29m。核工业地质局在江西相山完成了终孔口径Φ122mm、孔深2818.88m的全孔绳索取心科学钻探孔,创大口径绳索取心钻探纪录。

在设备、机具方面,“十一五”以来,我国在引进的基础上,研制了XD、YDX、HYDX和FYD-2200型分体塔式新一代国产全液压动力头钻机(施工孔深3000m)。同时根据科学钻探需要还研制了超深孔、大功率顶驱动力头钻机,如KZ3000型全液压顶驱钻机(施工能力5000m)、XD35DB交流变频电动顶驱岩心钻机和“地壳一号”万米科学钻探钻机(图1-9),其技术性能已达国际先进水平。立轴式钻机也发展至孔深达3000m的XY-8、XY-9型。重点研发了深孔绳索取心高强度薄壁系列钻杆、钻具及配套机具,可满足孔深4000m要求。

图1-9 “地壳一号”万米科学钻探钻机

在工艺技术方面,液动潜孔锤+螺杆马达+绳索取心“三合一”钻具已用于深部钻探;不同地层条件下的不扰动保真取样技术、复杂地层护壁与多功能复合环保型钻井液体系、自动垂直钻进及自动控制钻孔轨迹系统、高效长寿命金刚石钻头研究、超深地热井钻探及干热井施工技术等研究方面均取得良好应用成果,部分技术已达到国际领先和国际先进水平。