岩心钻探设备的现状与发展

岩心钻探设备的现状与发展【摘要】岩心钻探的核心问题是孔壁稳定，其钻前预测涉及地层孔隙压力、地层应力、地层坍塌压力和破裂压力，是实现深孔岩心钻探优质、安全、高效和低成本的关键，决定着孔身结构、套管程序与套管强度、钻井液密度与流变性能的设计。本文主要论述了岩心钻探设备的发展现状，分别从国内外两个部分来介绍，并指出了岩心钻探设备在实际操作中存在的问题，同时结合这些问题对未来钻探设备的发展趋势提出了自己的一点看法。【关键字】岩心钻探，发展现状，存在问题，解决措施，未来趋势中图分类号：G267文献标识码：A文章编号：前言在我国，地质工作者想要获取直观有效的地质资料，比较常用的方法就是通过岩心钻探，并且这不仅仅是只适用于现在的一种方法，而是在未来相当长的一段时间内他们仍然会主要采用的方法。因此，地质工作者们要想获得更精确、更详细的地质资料信息，必须不断的改进岩心钻探设备，提高设备的科技技术含量。纵观我国目前的岩心钻探技术，虽然在这几十年有一定程度的发展，取得了比较好的成果，但是和国外的岩心钻探技术相比，仍然有着相当大的差距，主要表现在钻探设备陈旧老化，钻探效率低下，设备的应用率低，仍然都是人工控制等等方面。因此积极发展岩心钻探设备的技术，不断向国外看齐，是我国的地质工作者们不懈追求的目标。二国内外钻探技术的发展概况（一）国外岩心钻探技术的发展现状1、最早出现的人力驱动的岩心钻机出现在18世纪中叶，这种钻机当时配备的主要是天然金刚石钻头，到了19世纪末，人力给进钻机出现，这时候的钻机开始由蒸汽动力驱动，钻机转速不高。而相对来说比较先进的螺旋给进钻机则是在20世纪初出现。到了20世纪三四十年代，岩心钻机开始由液压技术驱动，变速箱开始具有多种调速范围的功能。到了20世纪六七十年代，岩心钻探开始进入到一个新的天地，由于液压元件质量的提高和静液压传动技术的飞速发展，出现了全液压控制和驱动的动力头式钻机。2、岩心钻机的再国外的发展速度应该说是比较迅速的，在100年左右时间里，钻机由早期传统的、落后的、效率低下的机械传动手把发展成为机械传动再到后来的全液压动力和智能化的岩心钻机。孔底动力的钻具发展也有了相当大的进步，水平不断提高。从1862年天然金刚石用于制造金刚石钻头岩心钻探方法问世；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。（二）我国岩心钻机设备的发展现状我国的岩心钻机设备研究的时间跟国外相比比较滞后，最开始在国内进行矿产勘查始于19世纪末20世纪初，早期矿产勘查所使用的岩心钻机全部都是从国外进口和引进的，主要的进口国家是美、英、日、德。到1950年我国已经组建了9个石油钻井队，拥有岩心钻机139台，其中包括19471948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年代就基本满足国内地质矿产调查的需要，并有部分向外出口。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，钻进能力1000m的YDX一3型钻机已推广应用近百台套。三岩心钻探设备存在的问题（一）安全隐患突出经改造后的XY4序列钻机，虽然实现了塔机一体；可拆性好、便于搬迁，解决了钻进大角度斜孔时的同心受力问题但在施工复杂地层时由于是机械传动，给进行程小，所以钻进平稳性差，致使钻头非正常消耗大，明显增加了提大钻的次数，从而增加了孔内事故的发生率。（二）设备可操作性差先进的LF90钻机引进和绳索取心工艺的应用，虽然大大提高了生产效率，创造了较高的经济效益，但是随着国家对矿产资源的开发采取环境保护和矿产开发并举的政策，全液压动力头钻机重量大、可拆性差，需要修建道路整体性搬迁的特点成为了致命的缺点。在矿产资源开发热度最高的中国西部，很多业主招标过程中直接提出谢绝全液压动力头钻机投标的申明。具备全液压钻机施工外部条件的矿区越来越少，机械设备闲置现象相当严重。（三）设备更新缓慢当前在设备更新换代过程中面临着一个尴尬局面。生产厂家想多卖出设备有了利润再进行新设备研发；使用单位也想进行设备更新，可是，又拿不出大笔资金更新设备，在上一轮设备更新刚刚完成的情况下，迅速进行再次的设备更新，在心理上也无法接受。特别是固体矿产勘探体制是探采分离，使用单位的收益低，原始资本积累迟迟不能完成，而现在科技发展的势头越来越快。而日益激烈的地质市场竞争使钻探价格不能解决设备快速折旧费，这样就严莺制约了使用单位先进钻探设备的更新速度。同时，也压制了设计者对新产品研发的积极性，至少是减慢了设备换代周期。四岩心钻机未来发展方向的几点思考随着我国经济的不断发展，岩心钻探设备的发展伴随着引进技术的消化吸收、基础工业元器件水平的提高、钻探工艺发展对设备的要求而不断发展提高。但距离国外先进水平还具有很大差距。通过近两年对岩心钻机的设计体验，对地质勘察设备如何发展引发了几点体会：（一）国际上已开始流行在同一钻孔内采用多种钻进工艺，以提高勘探效率、降低钻探成本。近两年我国在这一复合钻探技术上作了许多的探讨和研究，但适用于多工艺的多功能钻机在我国仍属空白。因此发展多功能钻机也是未来钻探设备的发展方向。（二）对于大型或用于交通不便(如山区、丘陵)地方的钻机，适用的机型应以分体式、模块组合式为主。大型钻机因其钻孔较深，钻进时间长，其工作效率，劳动强度，能源消耗成为矛盾的主要方面。全液压钻机的动力可采用几组动力站并联组合的方式，工作中需要大功率时，可几组动力站并联同时工作，需要小功率时，可只开所需功率部分。这样可减少不必要的功耗，达到节能的目的。（三）对于小型钻机发展方向，其功率能力在100千瓦以内，适用的机型无论是机械传动还是全液压形式，应以塔机一体为主。因为钻孔较浅，所需钻进时间比较短，便于搬迁，具有自行走能力成为主要优势。因此以车载或履带自行式为好，适用于交通便利条件。（四）在我国由于地域广阔，地质情况多样，涉足地质勘探的队伍多样化，如地质、化工、石油、煤炭、核工业等，尤其近几年民营地质勘探队伍迅速发展；地质钻探工艺技术在不同的行业，不同的钻探队伍中的发展、应用水平也极不均衡，良莠不齐。国此我国勘探设备在很长的一段时间内将是先进与落后并存的状态，但产品的更新换代，先进机型取代落后机型的趋势不可逆转。五结束语总之，为加强地质勘探工作顺利开展，实现地质勘查工作现代化。必须应用当代最先进的钻探技术与装备，尽早使设备更新换代，了解和掌握最新的钻探工艺方法，从根本上改变我国落后的行业格局以加速赶超国际先进水平的步伐。参考文献：1叶桂明徐毅青轻型钻机在西部山区深厚覆盖层水电勘探中的应用期刊论文探矿工程-岩土钻掘工程ISTIC-2011年3期2于磊赵大军孙友宏漠河冻土地区天然气水合物钻探施工技术期刊论文探矿工程-岩土钻掘工程-2011年6期3马秀春黑龙江黑河争光岩金矿区斜孔岩心钻探技术