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打造中国的钻探利器——中国地科院勘探技术研究所钻探方法技术体系研发综述  

2010-05-12 09:43:02|  分类: 地质人风采 |  标签: |举报 |字号 订阅

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打造中国的钻探利器
——中国地科院勘探技术研究所钻探方法技术体系研发综述
    近年来,中国地质科学院勘探技术研究所瞄准我国地质找矿突破的现实需要,加强科研开发与技术成果的应用转化,在使我国具有自主知识产权的钻探方法技术体系不断丰富的同时,也使我国的钻探方法技术跟上了国际发展的趋势与潮流。
    岩心钻探装备 2000米以内形成系列
    地质岩心钻探,是目前深部地下信息推断与解释的唯一验证手段,也是最终圈定矿体、计算储量、评估品位的唯一技术手段。但是,就是在这最为关键的环节上,我国却处于严重滞后的局面。
    中国地质科学院勘探技术研究所副所长张金昌将这种滞后概括为两个方面:
    一是钻进能力滞后。地表矿、露头矿的线索越来越少,找矿难度越来越大,向深部要矿既是地质工作规律的客观要求,更是突破经济社会发展面临的资源瓶颈的现实需要。但是,长期以来,我国生产的岩心钻探设备的钻探能力一般只有500米到1000米,离揭开深部矿藏面纱的要求相距甚远。
    二是装备水平滞后。进入上世纪末期后,国际岩心钻探装备出现了以全液压动力头为主的趋势,但我国仍在生产传统的立轴式钻机。
    张金昌说:“为了打破这一滞后的局面,勘探所2004年正式启动了1000米全液压动力头岩心钻机的研发工作,仅用不到一年的时间就完成了我国首台全液压动力头钻机的研制工作。而样机一完成安装,就被江西地矿局物化探大队拉到了施工工地。”
    现在,勘探者一号YDX-3型全液压动力头钻机,已进入到全国29个省(区、市)地勘队伍的装备系列,真正成为我国地质找矿的一把利器。更让我国自豪的是,YDX-3型全液压动力头钻机改变了我国在这类先进钻机上只进不出的历史,现已销售到全球20多个国家和地区。
    在这一成果的鼓舞下,勘探所又确立了新的目标。2007年,他们正式启动了钻进能力达2000米的YDX-5型钻机的研制工作,并于2008年完成了样机的组装。在危机矿山专项的资助下,勘探所将这目前国内全液压动力头地质岩心钻机系列中钻探能力最大的新利器,应用到了山东乳山金矿的深部找矿中。
    与此同时,为了适应不同钻探工程的需要,勘探技术研究所还完成了600米、1500米全液压动力头钻机的研制工作,形成了600米、1000米、1500米和2000米的全液压动力头钻机系列。而2000米和1500米钻机,现已被一家地勘单位确认订货。
针对不同地层研发专用高效钻具
    勘探所在研发先进钻机的同时,还特别重视对配套钻具的研发。
    2007年,勘探所成功应用YZX127液动锤基础上,完成了小口径系列液动锤及绳索取心液动锤钻具的研究开发。该系列的液动锤比传统钻具具有更高的稳定性、能量利用率和工作寿命,结构更为简化,现场使用方便。该系列钻具可大幅度提高钻进效率、延长取心钻进回次进尺、降低辅助工作时间,同时还可对钻孔弯曲起到明显的抑制作用,深受野外施工单位的推崇。2008年度和2009年度入选了“探矿(岩土钻掘)工程十大新闻”,进一步确定了我国液动锤钻探技术的世界领先地位。
    随着我国对资源的需求不断加大和危机矿山专项的启动,国内岩心钻探的深度记录不断被提高,并面临诸多技术难题。勘探所在国家863专项的支持下,联合国内相关企业,开发出了新一代的高强度管材和螺纹连接方式的绳索取心钻杆,该钻杆在山东乳山金青顶示范工程中,使用深度超过2200米未曾出过钻杆断裂事故,将使我国摆脱深孔绳索取心钻探施工对国外钻杆的依赖。
    针对地质岩心钻探施工中的事故处理工具品种缺乏,现场使用不规范造成钻探施工中的事故率高,处理效果差的现象,勘探所自2008年开展了相关事故处理工具的系列化研究,基本完成了各种事故处理工具的开发和系列化,正在筹建实物库和数据库的建设。
    近期随着国内钻探施工对提高复杂地层取心效果的需求,分别有针对性地开展了复杂地层取心钻具的研究,在松科一井及国内其他地质勘探钻进中取得了良好的效果。
    针对我国从青藏铁路基础施工到高速铁路基础施工中,对无循环钻进工艺和钻具的巨大需求,从1995年开始历时十几年的不断研究,分别开发出了五大系列100多个品种的无循环钻具,年销售钻头2000多个,3000多吨。旋挖钻斗、短螺旋钻具、扩底钻头、取心钻具和连续墙抓斗系列钻具在全国30个省(区、市)的工地应用。目前,国产钻机出厂配套的钻具80%采用该所产品,国内施工所用无循环钻具该所产品占有率达到70%。首次实施在岩石层扩底,尤其是成功地解决了国家重点工程青藏铁路基础在高原地区的岩石层、卵砾石层、多种冻土层钻孔、扩底施工等技术难题,推动了国内嵌岩钻进、防渗墙施工以及扩底技术的发展,完善和发展了无循环施工工艺和施工技术,填补了这一领域的国内空白。
探索科学高效的钻进技术体系
    随着我国矿产资源勘探和地球科学研究的不断发展,对深孔复杂地层的钻进技术有了更高的要求,因此勘探所对此也展开了深入研究。如在复杂地层中可减少套管层数的地质套管膨胀管技术,可在不减小钻孔直径的情况下,采用金属套管对复杂层段进行分段封固,从而降低钻探成本;为降低深孔钻进时钻杆柱的负荷,提高钻孔的质量,正在开展深孔钻进用绳索取心三合一(螺杆马达+液动锤+绳索取心)、绳索取心二合一钻具(螺杆马达+绳索取心)等的研究。为进一步提高钻探设备的深孔施工能力,地质钻探铝合金钻杆的研究也正在进行当中……,随着国家在地质钻探技术领域的需求和投入的增加,中国地质科学院勘探技术研究所将承担更多钻探技术的研究工作,为我国地质钻探技术的不断提高作出更大的贡献。
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