钻探新技术的应用概况 钻探工程技术应用领域
在西部大开发、国土资源地质大调查中，党中央及国土资源部已把水资源的勘查与开发列为重中之重。全国地下水资源调查评价是地质大调查中的一项重要工作内容，要想按时按质的完成任务和达到预定的目标，除采用先进的地质理论和地质技术外，还必须采用先进的取心取样钻探新技术。若采用常规的钻探技术进行施工，有很多地区存在着不少技术难题，如勘探速度慢、效率低、成本高；孔内卡钻、埋钻事故频繁；易堵塞生产层裂隙、泥皮粘糊孔壁等；缺水地区还存在着大量的生产用水难以解决，不可避免的影响对水资源的勘查与评价。这一系列因素，要求我们改变原有的观念，进行技术革新，选择适合一定地区的、先进的钻探技术，提高钻探效率、降低成本、保质保量地完成任务，从而带动钻探新技术的推广应用。
“六五”至“八五”期间，钻探技术进步显著，以绳索取心为主体的金刚石钻探技术有了很大发展，带动了钻探技术工艺方法和技术装备等全面变革，受控定向钻探技术已经达到了国际先进水平，冲击回转钻探技术成为拥有我国自主知识产权的一项特色技术，达到国际先进水平；多工艺空气钻探技术和反循环钻探技术趋于成熟；钻探机械和仪器发展了适应多工艺方法的系列产品，技术装备基本成龙配套，在地质勘查中发挥了积极作用。
2.2.2.1 多工艺空气钻探技术
空气钻进是指用压缩空气或含有压缩空气的气液混合物作为钻进时的循环冲洗介质，或者既用其作为破岩机具的动力，又兼作冲洗介质的一种钻进工艺方法。近几年来发展很快，技术成熟，逐渐形成包括循环介质、循环方式、碎岩方法和应用领域的多工艺空气钻进技术体系。
其主要特点如下：低密度介质有利于提高碎岩速度；能有效冷却钻头、清除岩屑和快速判层；能在不稳定地层中保护孔壁和少污染环境；有利于保护含水层和低压油气层并提高产出率；特别有利于在干旱缺水地区和严寒、冻结层施工；亦利于忌用液体循环的抗滑锚固孔和露天矿爆破孔施工；空气潜孔锤钻进能大幅度提高硬岩钻孔速度；气举反循环钻进能实现2～3m以上大直径井孔和超过2000m的深井施工。
多工艺空气钻探被视为当今应用最广和最有发展前景的钻探技术之一，通过“七五”、“八五”期间的攻关研究与完善，已形成较为成熟的现代快速综合钻探技术，“多工艺空气钻探技术推广应用”已被国家科委遴选编入“国家科技成果重点推广计划项目创产值超亿元100例”。勘探所结合各领域不同用途、各地区不同地质条件等进行了多工艺空气钻探技术研究与开发，以及在实践中不断的完善，先后开发了SHB114/70、127/70、140/100、CSR73/33、CSR73/39等多种双壁钻具与配套器具。还开发了多种型号的钻机，如SPC系列水井钻机、全液压动力头式FD-300型钻机等，及可用于复杂地层的ADF型系列泡沫剂等。
多工艺空气钻进技术的应用，成功解决了长期存在的若干技术难题，如干旱缺水地区、永冻层及漏失层钻探施工；用其他循环介质无法保证安全钻进的地区施工；用其他钻探方法无法保证钻探质量的地区施工；用其他钻探方法在若干岩层钻进效率甚低等。
该技术的推广应用，大大提高了水文水井钻进速度与成井质量，用空气潜孔锤和气举反循环钻进比常规同转钻进一般可成倍乃至十几倍提高钻进速度；已产生了巨大的经济效益和社会效益，据不完全统计，多工艺空气钻进自推广以来完成钻进工作量130余万米，仅20个单位至1998年的统计，累计创产值64亿余元，新增利税0.9亿元；已为我国晋北、豫西、陕甘宁和内蒙古、广西岩溶地区、京郊山区等，打了许多丰产井，解决了数以百万计的人畜与生产用水困难，为扶贫致富发挥了重要作用。
2.2.2.2 多介质反循环钻探技术
所谓反循环钻进就是指钻探过程中循环介质同常规钻探方法的循环方向相反，反循环钻进一般采用双壁钻具，循环介质主要分为压缩空气和液体两种。钻进过程中，循环介质经过双壁气水龙头、双壁主动钻杆、双壁钻杆内外管环隙到达孔底，驱动孔底破岩器具破碎岩石，并携带岩心及岩屑经钻杆的中心通道到达地表的岩心或岩样的收集装置。
由于反循环钻进具有独特的双壁钻具结构，无须提出孔内钻具就能获取所需的地质样品，决定了该方法具有如下优点：时间利用率高，钻进效率高，劳动强度低，洗井效果好；孔底清洁，钻头寿命长，实现了钻进、取样同时进行，达到了优质、高效的目的。
根据循环介质的不同，反循环钻探技术主要分为空气反循环和水力反循环。
（1）空气反循环连续取样钻探
具有多种钻具组合方式（图2.4），能够适应多种地层条件（表2.1）进行取心或取样连续钻进，能够满足地质上对岩心的要求；尤其适合干旱缺水地区水文地质勘查孔钻探施工等。
图2.4 空气反循环钻探钻具组合示意图
由于循环介质为空气，不会堵塞水通道、对水质无污染，且不会打丢含水层；钻进过程中即可根据岩样上返潮湿程度判断是否进入含水层；随着含水层钻进深度的增加，孔口返水量逐渐增大，穿过含水层后，返水量趋于稳定，从而可以大致地判断含水层的位置，定性地判断水量的大小。如宁夏二人山-金场子矿区原定为贫水区（5m3/24h），用空气反循环钻探20余孔，不仅孔孔见水，且涌水量达20～30m3/h。又如，在周口店北京探矿工程研究所院内用常规方法钻进数百米深未找到地下水，用空气反循环钻进方法却发现了较丰富的达饮用水标准的地下水。
表2.1 钻具组合与适应地层情况
（2）水力反循环连续取心钻探技术
以液体作为循环介质，利用双壁钻具实现岩心的连续上返。该钻探技术以硬质合金和金刚石钻头为碎岩工具，以回转磨削取心的方式钻进。主要用于2～4级覆盖地层、煤系地层以及较完整的中硬岩层中钻进。实践证明，水力反循环连续取心钻探技术用于水文地质勘查、地质填图、地球化学勘探、煤田取心钻探及环境保护等钻探施工中，具有较高的钻探效率和较好的地质效果。在山东烟台300多米钻探施工中，综合台月效率达1300多米，时间利用率达75%。
2.2.2.3 绳索取心钻探技术
绳索取心钻探技术是一种应用较广泛的地质取心钻探技术，该技术对地层适应性广。1973年勘探所首次研制成功用于岩心钻探的绳索取心钻具，后续逐步开发出多种系列产品，包括：水文水井绳索取心钻具系列、坚硬“打滑”地层用绳索取心钻具系列、用于深孔的重型绳索取心钻具、松软破碎地层及煤系地层的绳索取心半合管钻具系列和绳索取心塑料三层管和超前管钻具等，与此同时，还开发了与其配套使用的钻头、扩孔器等，大大提高了我国金刚石钻探的技术水平。
应用绳索取心钻探技术可以减少升降钻具次数，增加纯钻进时间，减少岩心磨蚀和中途脱落机会，岩心采取率达90%～100%；能延长钻头寿命等；被誉为“四高、三低、两好”，即工程质量高、时间利用率高、钻进效率高、钻头寿命高；事故率低、劳动强度低、设备材料消耗低；地质效果好、经济效益好。
为了满足新一轮地质大调查地质钻探需要和进一步提高我国地质钻探综合水平而采用的一种新型钻探技术——组合钻探技术应运而生，将空气反循环连续取样、水力反循环连续取心及绳索取心钻探技术有机结合起来，采用一套钻杆和辅助器具就能完成，达到了因地施钻，满足了地质要求，提高了钻探效率，降低了钻探成本。该项技术可较好地用于水文地质孔勘查与固体矿产勘探；同时勘探所还在继续开发复杂地层中深孔使用的绳索取心配套钻具等。
2.2.2.4 液动冲击回转钻探技术
液动潜孔锤钻探技术是在回转钻进的基础上增加一个利用冲洗液驱动的液动潜孔锤，它可产生具有一定冲击能量和频率的载荷，从而可大幅度提高5级以上地层钻探效率，克服金刚石钻进“打滑”问题，在岩心易堵塞的破碎岩层中延长回次进尺。勘探所先后开发出六个系列30多个规格的液动潜孔锤，如正作用系列、双作用系列、绳索取心系列、水文水井钻系列、液气两用系列，目前仍在开发深井用液动锤及喷反系列液动锤等。
中国大陆科学钻探是国家重点工程项目，它的实施从钻探技术的角度来看将是全面检验和提高我国钻探技术水平的一个极好的机会，其2000m先导孔及主孔施工采用了具有中国特色的先进技术：螺杆马达/液动锤/金刚石取心钻进工艺方法。勘探所研发的YZX127液动锤成为CCSD主孔不可缺少的钻探器具，在主孔的钻进中发挥了主导作用。
综上所述，勘探所从1958年起率先开始液动潜孔锤技术研究，经过几代人不懈努力，在理论和技术上有新的突破的同时，积极进行科技成果的转化与应用，使其应用领域进一步拓展。近年来液动冲击回转钻探技术已应用于地下水勘查、水井与地热、油气井、地质岩心钻探、水下爆破及工程地质勘察等领域，且在推广应用中取得了良好的效益。
2.2.2.5 受控定向分支孔钻探技术
受控定向钻探技术就是采用孔底马达和必要的弯接头或弯外壳控制方向沿设计的轨迹进行钻进，达到预定的靶区，该钻探技术可在一个主孔的不同深度、不同方向钻出多个分支孔，可大大提高钻探效率，节约成本，提高钻孔的综合利用率。
目前，受控定向分支孔钻探技术已成功地在固体矿产勘探中得到应用，定向钻探对接井技术也广泛应用于盐矿、地下煤层气化等领域，可在一个主孔内钻出6～9条分支孔，可实现两井相距500m的钻孔在地下3000m深度的对接，勘探所已成功使用该技术完成对接井三十多对，2002年勘探所在湖北完成了深达2787m的对接，创国内对接井之最。该技术的成功应用已为社会及生产单位带来了很好的社会效益和经济效益。
受控定向多分支孔钻探技术用于开发地热及水文水井钻探等方面，能较好地扩大地热井及水井的采集面积，丰富水源的水量；在濒临枯竭的水井中，可以在同一主井实施放射状水平井，以提高水井的采取率及延长使用寿命，使枯井起死回生；对接连通井技术可将地下干热岩转换成地热，以充分发挥地下能源的有效作用，为民造福。
国内外钻探技术的发展概况~
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
随着科技进步和经济的高速发展,钻探工程技术在国民经济中的应用范围越来越广,概括起来主要有以下几个方面。
1.地质勘探
1)地质找矿普查钻探:根据物化探地质异常,利用钻探方法调查矿产的分布、区域地质概况。
2)矿床勘探钻探:对经普查已确定具有工业价值的矿床,应用钻探手段查明矿床埋藏深度、厚度、品位、储量、产状、形态、构造等。
3)矿区水文地质钻探:查明矿区含水层的岩性、层次、构造、厚度、埋深分布及水量、水质、水温等水文地质条件、特征和参数。
4)工程地质钻探:在工程地质测绘及物探的基础上,用钻探方法揭露并划分地层、测定界线;鉴定和描述岩土体的岩性、成分和产状;了解岩土体的物理力学性质,为评价、规划和进行各类工程建设项目提供必需的地质数据及资料。
2.地下流溶体勘探开发
1)水资源钻探:对地下水资源进行评价、开发利用。
2)石油(天然气)钻探:利用钻探技术钻穿油气层,以检验物探资料、了解井下油气地质勘查资料,求算油气储量,提供开发远景。
3)可溶性矿产钻探:对岩盐、石膏、芒硝等矿产资源进行勘探和开采。
3.矿山井下工程
1)钻矿山瓦斯抽排孔:在煤矿建井前、后按一定网度设计在地面施工的钻孔,将煤层中的瓦斯抽排出地表以确保井下开采安全。
2)钻矿山地下通道孔:用地表钻探技术方法向矿山井下钻不同用途的钻孔,如矿山地下水排放孔、矿山通风孔、救援孔等。
3)钻矿山尾矿砂充填孔:在矿山采空区地表施工若干组高精度垂直钻孔,将尾矿砂通过钻孔灌入采空区,以减少地面尾矿砂污染,控制采空区地面沉降。
4)钻井筒冻结孔:矿山井筒开凿前,在井筒四周施工若干个与其平行的钻孔,借助制冷技术暂时冻结加固周围不稳定地层并隔绝地下水后再凿井。
4.工程地质勘察与勘查
通过钻探取样、孔内原位测试、岩样测试查明影响工程建筑物的地质情况,准确划分地层,正确鉴别土层天然结构、密度和湿度,为工程建筑提供基础设计依据;通过钻探查明大型工程基础地质构造、岩性、物理力学性质及稳定性。
5.岩土与地基工程
进行建筑物基础加固,如各类基桩孔、防渗孔、注浆孔、深基坑锚固孔等。
6.地质灾害治理工程
借助钻探技术防治山体滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降等地质灾害。如山体锚固孔、注浆孔、矿山尾砂坝基与水库坝体排渗孔、地面沉降监测与地下水回灌孔、水库大坝安全监测孔等。
7.地下管线铺设工程
利用定向钻进技术施工穿越建筑物、道路、江湖等障碍物的非开挖地下管线铺设工程。
8.国防工程
钻导弹发射井、地下核试验取样孔等。
9.地球科学研究工程
1)大陆及海洋科学钻探:钻取地球深处、海底洋底、冰川冻土带的固体、流体样品(岩心、岩屑、冰心等),获取服务于地学研究的第一手资料。探测地球内部结构和成分,研究深部构造、深部流体及其作用;研究盆地演化、成矿理论、油气及天然气水合物成因,调查和开发深部热能;研究地震成因、火山喷发机理,改进地震预报、地质灾害预警;研究地球气候演变、探索生命演化历史。
2)环境科学钻探:钻取地下不扰动原状岩心样,研究大陆古气候及古环境、沉积物时代、沉积环境的变化规律及环境污染程度,为国家经济区划提供决策依据。
3)考古科学钻探:利用钻探取样技术了解地下遗址堆积分布范围、厚度、大型建筑基址、大型墓葬和古城的形状和布局。
克隆技术最新情况(应用领域与伦理问题)
答：例如，一些科学家提出了“基因编辑”等新技术，通过修改基因而非直接克隆，来避免克隆技术带来的伦理问题。总的来说，克隆技术在许多领域都展现出了广阔的应用前景，但同时也面临着伦理问题的挑战。只有在充分尊重人类伦理和道德的前提下，才能确保克隆技术的健康、安全和可持续发展。
上海地铁技术中心与上海电气泰雷兹合作签约span探索5G在城市轨道交通列...
答：上海地铁重视科技创新，积极探索新技术应用，坚持业务提升与科技创新相融合。上海地铁5G覆盖正在建设中，上海地铁也在积极探索5G在轨道交通运营管理、乘客服务、设备智能运维等领域的创新应用。上海电气泰雷兹作为上海地铁长期的合作伙伴，一直以来，都不断致力于自身技术的提升和践行自主创新。此次双方的合作签约...
材料员如何掌握新技术和新材料的应用?
答：3. 参与科研项目和合作：积极参与科研项目和合作，与科研团队和专家进行交流和合作。通过与其他研究人员的合作，可以了解他们的研究方向和成果，共同探索新技术和新材料的应用。4. 实践和实验：通过实践和实验，掌握新技术和新材料的应用是非常重要的。可以通过实验室研究、样品制备和测试等方式，亲自操作和...
新一代信息技术的应用领域?
答：另一方面，伴随消费者个性化需求的增长，大数据在各个领域的应用逐步显现，已经开始并正在改变着大多数企业的发展途径及商业模式。2、对信息的处理和分析成为新一代信息技术应用的支撑点 移动互联网、物联网、社交网络、数字家庭、电子商务等是新一代信息技术的应用形态，这些技术以大数据为节点，不断汇集所...
新领域应用到你的项目中,你获得了哪些成果
答：该情况下能够获得能够拓宽知识面、能够提升专业技能、能够获得提高效率的成果、改进质量。1、能够拓宽知识面：新领域应用到自己的项目中的首要任务是拓宽自己的知识面。通过学习新事物，能够了解不同行业、领域的工作原理、方法和技术等。2、能够提升专业技能：探索新领域也可以帮助提升自己的专业技能。不同...
激光雷达的应用及发展前景
答：未来激光雷达在军事领域研究工作的重点将集中于以下几个方面：继续探索新体制激光雷达，不断增大激光雷达作用距离，多传感器集成和多功能一体化设计以及发展全固态化高效激光辐射源等。测绘领域激光雷达应用 激光雷达测绘技术是一种集激光应用技术、光电探测技术、信息处理技术、全球定位技术(GPS)、惯性导航技术...
三峡库区地质灾害勘察物探技术方法应用
答：在此次三峡库区移民迁建的整个过程中,由于地质问题的复杂性,给移民迁建带来了巨大的压力,也为勘查新技术的应用提供了一个广阔的用武之地。 在库区地质灾害勘查防治与合理开发利用的全过程中,地球物理勘查得到了较为广泛的应用。尤其在地质灾害调查中,勘查新技术的应用无论从涉及的地质灾害类型、选择的方法种类及其适宜...
BH-套管钻进技术在马坑铁矿复杂地层中的应用试验
答：BH-114套管钻进技术是中国地质科学院成都探矿工艺所研发的钻探新成果。该技术通过利用外管代替绳索钻杆传递钻压和扭矩驱动孔内套管取心钻具回转钻进,在不提钻情况下进行绳索取心、检查或更换孔底主副钻头,有效减少起钻次数,避免频繁起下钻导致复杂地层孔壁不稳定及其引发的孔内事故,有利于降低劳动强度、改善施工环境和...
传感器技术的应用领域
答：包括床暗器的研究、设计、试制、生产、检测与应用等诸项内容在内的传感器技术，已逐渐形成了一门相对独立的专门学科。一般情况下，由于传感器设置的场所并非理想，在温度、湿度、压力等效应的综合影响下，可引起传感器零点漂移和灵敏度的变化，已成为使用中的严重问题。虽然人们在制作传感器过程中，采取了温度...
新能源技术的发展趋势
答：新材料与新技术：新能源技术的发展往往依赖于新材料的发现和新技术的创新。例如，钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池等新型光伏材料为太阳能利用带来了更高的效率和更低的成本。此外，新型储能技术如液流电池、固态电池等的发展将解决新能源并网和离网应用中的储能难题。综上所述，新能源技术在未来将持续...
