国内外地质勘探取心钻进技术概况

 地质勘探钻进主要采用取心钻进方法。取心的目的是通过对岩心的观察与分析，了解岩心母本的化学成分、含矿品位、结构及赋存状态等特性，最终对取心母本的情况做出全面、客观、正确的评估，因此对岩心品质和岩心采取率有较高的要求。
 
  地质勘探钻进可分为固体矿产勘探钻进、水文水井勘探钻进、工程地质勘探钻进，不同的目的所遇岩层不同，因此取心方法和取心工具亦各不相同。
 
  国内外取心钻进技术种类较多，分类各异。按取心方式可分为绳索取心和提钻取心；按岩心管的结构形式可分为单管取心、双管取心和三层管取心，其中双管取心又可分为双动双管和单动双管取心；按碎岩工具可分为金刚石取心钻进、硬质合金取心钻进、钢粒取心钻进和牙轮取心钻进；按碎岩方式可分为回转取心钻进和冲击回转取心钻进；按循环方式可分为正循环取心钻进和反循环取心钻进，其中反循环取心钻进按循环介质又可进一步分为无泵反循环、喷射反循环、水力反循环、空气反循环和气举反循环等。
 
  对取心钻进的研究，无论国内还是国外，都把注意力集中到如何提高取心质量、取心效率、岩心采取率以及如何在取心困难的地层获取尽量多的岩心上。具体来说主要进行了碎岩材料与工具、  取心工具、取心工艺等方面的研究。
 
  破碎岩石的研磨材料由钢粒发展到硬质合金、天然金刚石、人造金刚石及其复合材料，并还在进一步研究提高人造金刚石单晶、复合片、聚晶质量的方法。新型超硬材料如p-C3N4、CVD（化学气相沉积金刚石薄膜）、CBN（立方氮化硼）、斯拉乌季契、人造卡邦金刚石等也在进一步的研究中。
 
  破碎岩石的钻头品种繁多、形式多样。特别是在金刚石钻头，尤其是孕镶金刚石钻头的结构形式、制造工艺等方面进行了大量的研究。基本形成了一套完整的、能满足各种地层要求的金刚石钻头制造技术。
 
  取心工具方面，为了满足各种取心地层的要求，提高取心质量，只适合在坚硬、完整、不怕冲刷的岩矿层中使用的单管取心逐渐被双动双管、单动双管所取代。为了在一些特别松散、破碎的取心困难地层尽可能多地取得岩矿心，相继研究开发了三层管取心工具和无泵反循环钻进取心方法及喷射反循环取心方法。国际上金刚石钻探系列标准主要有DCDMA的w系列、日本的JiS系列、瑞典的SIS系列、前苏联的公制系列等。
 
  为了提高取心钻进效率，国外从20世纪40年代开始研究绳索取心钻进方法，美国长年公司(Longyear Company)于1953年申请了世界上有关绳索取心钻进的第一个专利。国外绳索取心钻具系列主要有：长年公司的Q系列、前苏联与现俄罗斯公制系列、瑞典的STS系列以及一些特殊口径的系列(加拿大的CHD、日本的WL)等。世界上最深的绳索取心钻孔为南非某金矿勘探孔，终孔深度5422. 76m，终孔直径Φ80mm。
 
  为了提高克取岩石效率，国内外还研究了气动及液动潜孔锤。气动潜孔锤由于作为动力介质的空气具有可压缩性，适用孔深一般较浅。在液动锤研究方面，前苏联和我国投入了大量的财力物力进行了长期不懈的研究，取得了很好的应用效果，但在深孔中其使用性能有待检验。
 
  另外，荷兰、前苏联、德国、澳大利亚等国自20世纪70年代开展了水力反循环连续取心的工艺探索，并在松软第四系非固结地层中广泛应用，我国“七五”、“八五”期间也开展了该技术的研究，并取得了一定的研究成果。但在中硬以上固结地层中钻进，国内外尚存在钻进效率低、钻头寿命短、岩心输送过程中易于卡堵等一些技术难题。
 
  19世纪后期，欧美工业发达国家开始运用金刚石钻探技术，采用天然金刚石表镶钻头在矿产勘查中取心钻进。至20世纪中期，该技术已经在国际地质勘探钻进中取得了广泛成熟应用，用该方法完成的钻进工作量甚至高达全部取心钻进工作量的90%以上，而金刚石绳索取心钻进方法又在其中占据了相当大的比重。我国在20世纪60年代开始借鉴并研发金刚石取心钻探技术，70年代完成了人造金刚石、金刚石钻头与扩孔器、常规金刚石取心钻具、金刚石绳索取心钻具等关键技术的攻关并开始大规模推广。如用于固体矿产勘探的S系列绳索取心钻具(S46、S59、S75、S91)、用于坑道内钻探的KS系列(KS46、KS59、KS75)等。国内应用绳索取心钻进技术的最大口径为~120mm，最大使用深度在金属矿床勘探中为1500m，煤田勘探中为1800m，钾盐矿床勘探中为2505m。至80年代，金刚石取心钻探技术的应用已经在地质勘探钻探行业得到普遍应用，开动的金刚石钻机台数占全部开动钻机的66. 3%，其中的30%是金刚石绳索取心钻进，取得了极为显著的经济效益（刘广志，1991）。毫无疑问，金刚石取心钻探技术是一项成熟的先进技术，事实上各国也基本上都把该技术、特别是金刚石绳索取心钻探技术作为科学钻探项目中取心钻进的主体技术。
 
  中国大陆科学钻探工程项刚把金刚石绳索取心钻探技术做为科钻一井主体施工技术是经过反复论证后的成熟考虑。