自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题，提高钻探装备的自动化、智能化水平，启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作，通过钻机装备、钻探器具研制，钻探工艺技术研究并经试验示范验证，取得多项创新成果，形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配，形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系；基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制，实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化，形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术；基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究，形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术；基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制，形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术；研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术，形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。     

自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题，提高钻探装备的自动化、智能化水平，启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作，通过钻机装备、钻探器具研制，钻探工艺技术研究并经试验示范验证，取得多项创新成果，形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配，形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系；基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制，实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化，形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术；基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究，形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术；基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制，形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术；研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术，形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。     

极地深冰心钻探“暖冰”层钻进技术难点及对策

极地冰心分辨率高、记录时间尺度长、信息包含量大,直接记录着远古时期的大气组成,蕴藏着珍贵的古气候和古环境信息,获得年代久远的深冰心,对于重建地球的历史演化以及预测全球气候、环境的变迁具有重要意义。因此,世界各国都在竞相寻找年代久远的冰心,开展深冰心钻探工程。实践表明,由于极地冰盖深部＂暖冰＂层冰的熔点低而温度高,某些冰层的温度接近甚至达到冰的压力熔点,以至钻进速度慢、取心率低、卡钻事故频发。详细介绍了极地深冰心钻探＂暖冰＂层钻进实践,深入分析了＂暖冰＂层钻进存在的技术问题,对钻具回转切削产生的切削热对钻进的影响进行了探讨,据此提出了＂暖冰＂层钻进技术对策以及今后的研究方向,以期为我国即将开展的深冰心钻探工程和冰下基岩取心钻探工程提供一定借鉴。     

金川科学深钻预导孔钻井液技术研究

金川科学深钻预导孔为大陆科学钻探选址与科学钻探实验中的钻探项目之一。设计钻孔深度为2000～2500 m,主要采用S122、S95和S75绳索取心钻进技术。考虑深部钻探以及绳索取芯小环隙特点以及金川矿区复杂地层特点,钻井液成为重要的技术设计环节。本文对金川预导孔泥浆体系和性能指标的设计方法进行了论述,重点研究了深孔小环隙泥浆循环的特点和复杂地层条件下绳索取芯工艺适应性问题;论文还针对该矿区坍塌和漏失地层的护壁方案进行了预案设计。     

4 000 m DISC深冰芯钻机概述

深冰芯钻探(Deep Ice Sheet Coring, DISC)钻机是美国冰芯钻探服务中心(ICDS)开发研制的一款机电钻机, 设计取芯直径122 mm, 钻取深度4 000 m.该系统由两部分组成,包括机械钻进系统和地面支撑系统. 其中, 机械钻进系统由钻机、 电缆、 钻塔和绞车四部分组成, 钻机是该系统的钻探部分, 由6个不同部件(刀盘、 芯管、 筛管、 电机/水泵、 钻机控制板和顶端)组成; 地面支撑系统包括电源、 控制系统、 冰芯处理系统、 钻井液处理系统、 筛管清洗系统、 辅助设备以及安全设备设施. 2006年夏季ICDS在格陵兰Summit营地对该套钻机系统进行了成功试验, 2011年12月31日在西南极冰原(WAIS Divide)成功获取3 405 m深度的冰芯.实践证明, 该套钻机能够满足目前钻探项目的科学需求. 但是, 在西南极冰原主冰孔不同深度钻取同深度副冰孔冰芯的过程中, 钻刀无法在主冰孔壁上侧向钻取新的冰芯孔, 未能如期获取复制的冰芯样品.     

中国南极昆仑站深冰芯科学钻探工程进展

我国于2012年1月在南极Dome A区域正式开展实施了南极昆仑站深冰芯科学钻探工程,截至2021年,钻孔深度已达803.54 m。该工程是我国第一个深冰芯钻探工程,也是国际上第一个在Dome A地区开展的深冰芯钻探项目。本文介绍了昆仑站深冰芯科学钻探工程实施的整体情况,对过去近10年的钻探活动以及取得的成果和经验进行了总结,以期为后续的深冰芯钻探工作提供理论和经验指导。     

相山地区河元背深钻CUSD2孔钻探技术

相山地区河元背深钻CUSD2孔设计直孔孔深1800 m,于2014年11月28日开钻,至2015年3月26日钻进孔深1535.02 m,达到地质目的层位,顺利终孔,历时119天。该工程选用国内首台XY-8DB型电传动立轴式岩心钻机,成功施工P口径（φ122 mm）绳索取心钻进至1535.02 m。主要介绍了该孔的钻探施工技术。     

遵义深溪锰矿ZK5001孔深孔岩心钻探施工实践与体会

遵义深溪锰矿ZK5001孔设计孔深1500 m,实际终孔深度1781.33 m,是贵州省地矿局地质勘探施工的最深钻孔之一。从钻进工艺方法、钻进参数、护壁堵漏措施以及孔内事故预防和处理等方面对该孔的钻探工艺进行了详细介绍,并总结了施工经验和体会。     

长白矿区复杂地层多金属矿深孔施工技术

长白多金属矿区地层复杂,深孔钻探难度极大,采用先进的钻孔结构以及采用绳索取心钻进,利用同径绳索取心钻杆做技术套管,同时选用PAB高性能无固相冲洗液和选择高端广谱钻头的钻探技术,成功完成了一个孔深1505.88 m的钻孔,创造了吉林省地矿局钻探深孔记录。着重介绍了该孔钻探施工技术措施。     

俄罗斯南极冰上钻探技术

介绍了南极中心部分东方站地区的温度情况;讨论了在该地区钻探中使用的钻具、钻头和钻进工艺参数;探讨了所用低温冲洗液的合适密度和许用极限动粘度;评述了东方站地区钻探的技术经济指标。     

新疆鄯善县彩霞山铅锌矿ZK4503孔深部钻探施工技术

彩霞山铅锌矿区是新疆地矿局第一地质大队2002年发现的,2009年进行深部探矿,取得了较好的地质成果,累计探求资源量已达511万t,是迄今为止全疆最大的铅锌矿;2010年施工的最深孔ZK4503孔达1703 m,钻孔完工时为新疆小口径岩心钻探最深孔,至今仍为全液压动力头钻机最深孔记录。总结了ZK4503孔的钻探施工的成功经验和失败的教训,为以后施工深孔提供了参考借鉴。     

汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-4孔钻探施工概况和关键技术

介绍了汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-4孔钻探施工概况及采用的关键技术,包括螺杆马达-液动锤-长半合管取心钻进技术、偏心扩孔取心技术、防冲蚀取心钻头技术、大斜度定向钻进技术、活动套管技术、新型钻井液体系和新型深孔取心钻机等。     

吉林大学参加中国第29次南极科学考察的3名师生返回长春

2013年4月13日,参加中国第29次南极科学考察队的吉林大学建设工程学院教师张楠、博士生范晓鹏和胡正毅3名队员顺利完成中国深冰芯钻探任务,返回长春。第29次南极科学考察队于2012年11月5日从广州出发,先后到达了南极昆仑站和中山站,共历时156天。期间4次成功穿越西风带,总航程29 000多海里,其中冰区航行6 000余海里,并首次到达南纬75°7.2′,开创了中国船舶航行最南纬度地区的新纪录。2013年1月21日,随着长达3.83m的第一支深冰芯从冰芯筒完整地取出,中国深冰芯钻探项目正式宣告开始。此次任务的完成也标志着中国南极深冰     

北京大安山煤矿井下深孔钻探实践

北京大安山煤矿地表只有少数钻孔控制到+550 m水平,为探明下部煤层赋存条件,提高资源储量级别,应用ZDY1000G型全液压坑道钻机、S75绳索取心钻进工艺进行了硐内深孔钻探,完成了坑道内试验钻探孔深505.17 m。随之在2012-2014年共计钻探进尺8237 m,勘探增加资源储量1877.7万t。深孔钻探技术不仅加快了对深部水平煤层的勘探,探明了深部水平煤层赋存条件。为开拓工程部署提供了可靠的地质资料,而且减少了巷探成本,提高了工程效率。本文对井下硐内深孔钻探进行了介绍。     

大陆科学钻探施工用钻探技术和施工战略

国外实施大陆科学钻探采用的钻探技术有地质岩心钻探技术，石油钻探技术，组合式钻探技术，以及前苏联和俄罗斯的具有鲜明特色的科学深钻技术，分别介绍了它们各自的技术特点及优缺点，并介绍了科学深孔和超深孔的2种施工战略，即超前孔裸眼钻进方法和双孔方案。     

极地冰钻关键技术研究进展

极地冰钻技术是获取冰芯，研究冰盖-冰架-海洋相互作用，以及获取极地冰下基岩与冰下水环境样品，开展冰下环境探测的重要手段。目前极地冰钻技术的难点与前沿主要包括深冰芯钻探、冰架热水钻、冰下基岩钻和冰下水环境采样与观测技术。本文针对以上4个极地冰钻关键技术，对国内外相关技术的研究进展与项目开展情况进行了总结与梳理。综合来看，虽然我国开展极地钻探技术研究起步较晚，但随着我国极地战略不断推进，我国的极地冰钻关键技术与装备的研究正持续向着赶超极地钻探强国方向迈进，这必将为我国的极地科学研究提供强有力的技术支撑。     

西平铁矿深孔绳索取心钻探技术应用

绳索取心钻进技术已经广泛用于钻探工程中,深孔钻探采用绳索取心技术可大大提高钻探效率和钻探质量。结合西平铁矿对深孔绳索取心钻探技术进行了应用研究,阐述了深孔绳索取心钻探过程中,钻孔结构的优化以及匹配合理钻具型式的重要性。还就泥浆体系和孔斜控制等关键技术进行了探讨。     

庐枞矿集区刘墩ZK01深孔钻探工艺探讨

对安徽庐江刘墩实施的庐枞矿集区2000 m深孔地质钻探的工程概况、钻进工艺进行了介绍。     

立足胶西北，深孔特深孔钻探助找矿获重大突破——山东黄金地质勘查有限公司深孔及特深孔钻探概况

介绍了山东黄金地质矿产勘查有限公司在胶西北深孔特深孔钻探获得的重大突破。4000及3000 m特深斜孔正在施工;2012年6月终孔的2755.76 m深孔刷新了小口径绳索取心钻探国内钻探纪录。对油气、井喷的可能性的研讨及预防;对深孔钻井液的科研攻关初见成效;立轴式钻机在深孔钻进的使用上,总结了很多十分重要和宝贵的经验等。     

贵州大方理化煤矿ZK606钻孔钻进技术

贵州大方理化煤矿ZK606孔是贵州煤田勘探钻探中罕见深孔,孔深超1600 m,总结和介绍了该孔钻进方法和技术措施。