国内发展现状

我国钻探技术先传至国外,经在国外不断发展后,19世纪末又回传至国内。20世纪初至新中国成立前,国内钻探所用钻机及工艺方法都由英、美、德、日等国引进。新中国成立后,为适应矿产资源勘查的需要,主要从苏联大量引进手把给进式钻机。之后,不断引进当时世界上性能先进的钻机(主要做样机),并自行设计研发各种用途和类型的钻探装备,逐步形成了XB、XU、MK、TK、YL、CS、XY、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。到80年代,钻探设备基本满足1000m以内孔深的地质矿产勘探需要。20世纪90年代后期,我国已开始研发全液压动力头钻机并逐步投入生产性试验和小范围推广。由于国家对地质找矿的重视,使我国钻探技术发展很快。

20世纪50年代至60年代初,全国已开动地质岩心钻机达3000余台,年岩心钻探工作量近1500×104m。在中硬以下地层中推广不同类型的硬质合金钻进,台月效率创1000m纪录;在中硬以上地层中采用铁砂、钢粒钻进,推广一次性投砂法、连续投砂法,有效地提高了硬岩钻进效率,台月效率从不到50m提高至218m。在复杂地层钻进方面已开始研究推广优质泥浆护壁,以减少孔内事故。

20世纪60年代末至70年代,由于我国金刚石钻头研制获重大突破,开始大力推广金刚石钻进、冲击回转钻进,使钻探技术产生了历史性的飞跃。

20世纪80年代至90年代末,大力推广金刚石钻进以及金刚石绳索取心钻进主体技术,全国金刚石钻探已占地质岩心钻探总工作量的80%以上。在近20年的时间内,我国研发和推广应用的岩心钻探技术有:小口径受控定向钻进技术、液动和气动冲击回转钻进技术、多工艺空气钻进技术(空气泡沫钻进、气举反循环钻进、双壁钻杆反循环钻进等);用于岩土工程、建筑业、灾害治理的钻探技术(各类基桩、矿山特种钻探、非开挖钻进、地质灾害治理等)、钻孔随钻测量技术(MWD)、高分子聚合物复合型泥浆等。

在定向钻进领域,目前我国石油钻井行业的水平超前于地质岩心钻探,一个钻井平台可施工90多个丛束井,最大水平位移达8061m。华北石油局西部公司2011年完成的世界陆上垂深最深的川东元坝121H水平井,井深7786m,垂深6991.19m。在地矿行业,1988年安徽省地矿局定向钻探攻关组在铜陵冬瓜山铜矿区完成了国内首组“1主6支”伞形小口径定向钻孔(图1-3)。1989年安徽省地矿局337地质队在安庆龙门山铜矿区又施工了“1主6支”伞形定向孔,终孔孔深850m左右。自1992年地矿部勘探技术研究所与湖南省地矿局417地质队合作首次在湘衡盐矿完成一组对接井(图1-4)之后,全国相继完成了对接井30余对。该所在湖北完成的一组2787m对接井创国内对接井最深纪录。

图1-3 冬瓜山伞形定向孔示意图

图1-4 湘衡盐矿盐田对接井示意图

进入21世纪,我国迎来了地质工作新的发展期,岩心钻探技术也进入了跨越式发展的历史机遇期。2005年由国土资源部中国大陆科学钻探工程中心完成的东海大陆科学钻探CCSD-1井(图1-5)终孔孔深达5158m,创我国科学钻探最深纪录,进一步推动了我国深孔地质岩心钻探技术向纵深方向发展。

图1-5 大陆科钻CCSD-1井施工现场