Question

国内外钻探技术的发展概况

Answer 1

18世纪中叶出现人力驱动的岩心钻机和天然金刚石钻头。随着蒸汽机的发明和日渐成熟，19世纪末出现了蒸汽动力驱动的转速不高的人力给进钻机。到20世纪初出现了螺旋给进钻机。20世纪30～40年代，液压技术开始用于钻机的给进系统，具有多种调速范围的变速箱也开始应用于岩心钻机。从20世纪60～70年代起，随着液压传动技术的发展和液压元件质量的提高，出现了全液压驱动和控制的动力头式钻机，从而开辟了岩心钻探的新天地。通过100多年的发展，岩心钻机由早期的机械传动手把给进钻机到后来的机械传动液压给进立轴钻机发展到今天的全液压动力头钻机以及自动化、智能化地质岩心钻机。同时，孔底动力钻具（潜孔锤、螺杆钻、涡轮钻、孔底电钻等）也从发明到发展，至今已具有一定水平。从1862年天然金刚石用于制造金刚石钻头开始，岩心钻探方法问世；1899年发明了铁砂（钢粒）钻进；1916年硬质合金开始用于钻探；1954年世界第一颗人造金刚石制造成功并用于制造金刚石钻头。人类经历了天然金刚石表镶钻头钻探时代，铁砂、钢粒和硬质合金钻探时代，人造金刚石孕镶钻头钻探时代至今到了人造复合超硬材料钻探时代。

我国从19世纪末至20世纪初就已开始在国内进行矿产勘查。1949年前国内钻探所用钻机全部由国外引进，钻机主要来自德、英、日、美等国家。1950年我国开动地质岩心钻机139台，组建9个石油钻井队，就是当时全国拥有的钻探机械。其中包括1947～1948年引进的10套具有当时先进水平的美国长年公司的液压与螺旋给进的金刚石钻探装备。

20世纪50年代初，新中国从苏联大量引进当时并不先进的手把给进式钻机，并开始仿制。60年代开始自行设计钻机。之后，不断引进当时世界上性能先进的钻机（主要作样机），并自行设计开发各种用途和类型的钻探装备，逐步形成XY、YL、CS、MK、TK和HXY等系列地质岩心钻机。特别是70年代开始全面推广金刚石钻进技术，促进了我国地质岩心钻机的研制与制造业的发展。到80年代就基本满足了国内地质矿产调查的需要，并有部分向国外出口。90年代后，对全液压动力头式钻机进行了有益探索，但因国内液压传动技术相对落后，研制的样机未能推广使用。进入21世纪，随着液压传动技术的发展，我国开始研制新一代YDX系列全液压动力头式钻机并不断推广，至今YDX系列及其他型号的国产全液压动力头式钻机已推广应用近千台套。

国外地质矿产勘查普遍采用全液压高转速动力头式钻机。国外钻探机械装备的发展不论是何种用途的钻机，其发展趋势均可归纳如下：

1）除部分用途以外，多数钻探机械将具备一机多能，为用户多向服务提供方便；

2）愈来愈多地采用拼装式设计（Component Design），便于变形设计派生产品，便于采用集装箱和空吊运输；

3）更多地采用动力头式钻机。

近年来，西方发达国家无论是在新设备研制上还是在新工艺方法的应用上都有了突飞猛进的发展。目前，国外有能力研发深孔高速动力头地质岩心钻机的国家主要有加拿大、瑞典、美国、澳大利亚等。其中阿特拉斯公司（CS系列）及长年公司（LF系列）的地质岩心钻机钻进能力从600～2000m均形成了系列（图2.1）。计算机控制只需单人操作的自动化钻机达到实用化程度。

图2.1 国外普遍使用的动力头式钻机