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　　本世纪特别是50年代以来，钻探技术取得了突飞猛进的发展。我国的地质钻探经过初建(1949～1952年)、生产大发展(1953～1960年)、提高与持续发展(1961～1978年)、现代钻探生产体系的建立(1979～1990)这4个阶段后，其技术水平总体上已接近并部分达到国际水平，有些还达到国际先进或领先水平。

       1　国际钻探市场现状

       80年代中后期以来，国际上固体矿产地质钻探总体上处于低潮期，大多数国家的地质岩心钻探工作量呈大幅度下降态势。例如1978年，中国的岩心钻探在创下1569.7万m的年工作量(地矿系统为544.27万m)后，一直处于下滑趋势，1986年低于1000万m，1994年仅为340万m(地矿部计划内工作量仅为26.9万m)，处于谷底。1988年，前苏联固体矿产方面的钻探工作量为2550万m，在创下这一历史最高纪录后，也随之下滑，在1989和1990年度，每年降低300万m，1996年只有173.5万m。欧洲及北美地区的情况也如此。但与地质岩心钻探业全球性不太景气形成反差的是，此期间澳大利亚、南非及非洲部分地区和南美的钻探业几乎是处于鼎盛时期。澳大利亚矿山钻探在1993～1994年度创下了950万m的新纪录。南美国家若干年来采取对外开放政策，制定新的采矿投资法，以刺激钻探工业的发展：智利1993年的钻探工作量达到历史最高水平，1997年，外国在智利的矿业投资额为16.27亿美元，1998年，尽管受到亚洲金融危机的冲击和国际金属价格下跌的影响，外国在智利的矿业投资仍保持增长势头，预计1998年达到18亿美元；巴西预计1998年地质钻探工作量比1997年提高20%。南非的金矿勘探，1990年用于钻进孔深1800～4500m的钻机在150台以上，虽然到了1993年只有25台在野外工作，但其以浅矿开采为主的贱金属矿产钻探却在增加，有数千台金刚石钻机在坑道内工作。非洲的津巴布韦和加纳等国的钻探工作量也在大幅度增加中。

      2　国际上固体矿产钻探技术的一些进展

      90年代以来，钻探工作除越来越多地应用于非传统领域外，已在一些地区呈现复苏现象。尽管由于各种原因，世界钻探业在固体矿产钻探方面总体上仍不很景气。但对于矿产资源丰富的国家，许多矿产资源一直未被开发。而对于一些钻探技术较发达的国家也想凭借其技术和设备优势进入矿产资源丰富国家的市场。因而固体矿产钻探技术的研究开发工作虽然有所放缓，技术上亦无太大突破，但在完善各种钻进系统，研制适合各种地质条件、各种工况情况下的钻探设备、仪器、工具以及钻探用超硬材料和钻井液方面还是作了大量工作。一些国家还在钻探的某些领域加大了研究开发力度。如美国制定了先进钻进和开挖技术国家计划，以提高其在该领域已经日趋下降的全球竞争力。

       2.1　自动化地质岩心钻机
　　
       不少国家在钻机的自动化程度、多功能性、多用途方面下了很大的功夫。俄罗斯勘探技术与方法研究所在钻机研制方面注重三个方向：改进现有的СКБ型立轴钻机；制造全液压动力头钻机；研制自动化钻探设备。该所研究的自动化钻机设计有连续预测的自动化系统，能合理积累地质技术信息并储存在计算机中。专门设计局也研制出了СКБ300型全液压钻机。
　　
       在钻探自动装置方面，最有代表性的是瑞典ATLAS COPCO公司为LKAB公司研制的Simba W469型钻机。一个人可同时遥控操作2～3台设备，钻机平均日进尺300m。据悉，计划截止到1999年，LKAB公司将在Kiruna和Malmberget铁矿山用自动化的钻进技术完全替代现有的钻进技术。钻机可配备更换磨损钻头的装置，也可输入程序使其改变钻头类型以适应不同的岩石条件。
　　
       实际上自动化地质岩心钻机进入市场是在1996年，典型的是ATLAS COPCO公司的泰美克264 APC型钻机在瑞典、芬兰、加拿大的地表和坑道内投入了使用。这种由计算机控制的岩心钻机自动化程度很高，操作者只要在开始钻进时给一些简单的指令，钻机就可自动工作，一人在24h可钻进硬岩140m。加拿大的JKS Boyles'公司，其自动化岩心钻机的突出特点是通过计算机的触摸屏控制钻进过程。其它一些国家也开发了自动控制钻机。
　　
       法国Jean Lutx S.A.公司研制了一种PPF4遥控仪。钻工只需按键就能完成起下钻具和全部钻进过程，控制系统可以组合在一块仅35cm×25cm的面板上。
    
       2.2　深部取心钻进技术
　　
       10余年来，深部取心钻进技术得到发展，很多国家都有深部勘探任务。如南非矿山勘探公司瞄准的金矿靶区深度超过4000m，且工作量大，因而南非在深部取心钻探技术方面最有代表性。他们所采用的设备和技术大部分源自于加拿大博特长年公司。加拿大在深孔方面的新产品研制和技术开发中主要注意了两个关键：一是提高生产率；二是充分利用现有设备钻更深的孔。为此，长年公司研制了两种钻杆：一种是已广泛使用的CHD绳索取心钻杆，设计采用重型结构，接头为摩擦焊接，这种钻杆的钻深能力能达到普通绳索取心钻杆的2倍；另一种新型钻杆在热处理、丝扣技术和材质方面又有新的提高，能与普通钻杆互相通用，适合更广泛的钻探工程。南非钻进深孔的主导设备是长年50型以上和Hydr3000型钻机，对钻机的改进是尽可能减少无效钻进工作时间。美国在其制定的先进钻进和开挖技术国家发展计划中，革新的深部钻进系统也是重点之一。
    
       2.3　多介质反循环钻进技术
　　
       在各种钻探技术不断完善的同时，多介质反循环钻进技术得到了越来越广泛的应用，其中中心取样(国外称CSR或RC钻进)钻探技术是目前国际上在各种固体矿产勘探中应用日益广泛的一种方法，在一些工业发达国家的地质矿产勘探中所占比重已超过传统的金刚石绳索取心钻探。目前，虽然美、加等国的钻探工作量下降，但该方法在南美等得到广泛的应用。俄罗斯勘探技术与方法研究所进行了孔深为1000m的硬岩水力反循环技术及设备的研制工作，在验收试验中，400m水平孔岩心和岩粉采取率为100%，钻速提高了25%，材料和能量消耗降低10%～12%。
    
       2.4　新型液动、气动潜孔锤及钻杆
　　
       在钻具方面，俄罗斯专门设计局已开始批量生产新型液动及气动潜孔锤，其寿命比老产品有较大提高。此外，采用新的结构和制造工艺研制的高强度、长寿命钻杆(钻杆内外表面均进行强化处理)也已批量生产。
    
       2.5　钻探新方法的研究
　　
       俄罗斯这几年做了较多的工作，对热机碎岩、声发射碎岩和高频碎岩等进行了持续不断的研究，其中热机碎岩和接触热溶法碎岩进入了生产性试验阶段。他们还在研究电子束碎岩的可能性。其他一些国家进行了如破碎及砂层的低温钻进、火焰辅助钻进、声波钻进等研究。

       3　我国固体矿产钻探技术的主要进展

       近10年来，我国固体矿产勘探也处于低潮期，加之进行结构调整和机制转换，许多从事固体矿产钻探技术研究开发的人员主要转入探矿工程的延伸领域如岩土钻掘方面。但对固体矿产钻探的研究开发工作仍在进行，并取得了一批重要成果。
    
       3.1　以中心取样钻探为主的多工艺空气钻探技术
　　
       原地矿部勘探技术研究所通过攻关研究，对中心取样钻探技术的国产化、小型化和配套化工作取得了突破性进展，其中含水样品快速分离装置达到了国际领先水平。应用该技术在3个局队进行的生产试验中，地质效果及经济技术指标均有大幅度提高，其中台月效率分别提高100%～310%，最高单孔台月效率达1583.5m，单位材料消耗降低50%以上。长春科技大学研制成功GQ100/40型贯通式潜孔锤和SBC89/44或SBC73/44外平钻杆，采用空气潜孔锤钻进和反循环钻进技术，用于复杂地层钻进。如在河南嵩县金矿区钻探中，台月效率由原来常规金刚石钻进的99m提高到1065m；成本由500元/m降至101元/m，钻探取心(样)质量满足地质要求。
    
       3.2　水力反循环连续取心(样)钻探新技术
　　
       80年代中期以来，我国地矿和有色系统相继研制出成套器具，并在松软岩层中取得了很好的钻进效果，钻进深度超过了300m，台月效率达数千米。"八五"期间，原地矿部把中硬岩石水力反循环连续取心钻探技术列为攻关项目，又取得新进展。从生产试验情况看，该技术已达到了推广应用程度。
    
       3.3　无岩心钻探技术
　　
       由原地矿部探矿工艺研究所完成的该成果是以地勘牙轮钻头进行中硬及坚硬地层的无岩心钻进为重点，形成一整套技术。近年来该技术在四川、山西、河南几个矿区试验应用中，无岩心钻探工作量占到钻孔工作量的46%，与同孔取心钻进相比，钻速提高50%以上，台月效率提高212%，单位成本平均降低68%。
    
       3.4　地质岩心钻探设备
　　
       90年代原地矿部为适应中心取样、水力反循环、高精度受控定向钻探和液动冲击回转钻探等技术的需要，对岩心钻探设备进行了重点研究开发。开发出了主要用于中心取样钻进的FD-300型液压传动顶驱式车装钻机和具有不停车倒杆功能的CD-3型地质岩心钻机。新研制的BW-4400型泥浆泵是为满足新的钻探工艺的要求设计的。煤炭系统的主要适用于坑道钻探的MK系列全液压钻机形成了系列。
    
       3.5　绳索取心钻探技术和冲击回转钻探技术
　　
       进入90年代，两项技术均有进一步的发展。地矿系统用于固体矿产勘探的S系列，用于坑道内钻探的KS系列绳索取心钻具已形成完整系列。还推出了钻具事故处理工具；用于复杂地层钻进的加重式绳索取心钻具系统，新型等强度摩擦焊钻杆和用于土体工程地质勘察的绳索取样钻具系统。其他单位研制出用于石油钻探的绳索取心钻具系统等。我国是目前世界上开发液动潜孔锤品种和规格最多的国家。90年代以后，液动冲击回转钻探技术有三方面的进展：一是向多领域、多用途方向发展，如长春科技大学研制的用于取心的贯通式液动锤；原地矿部勘探技术研究所研制的用于水井钻探的YS-273型液动潜孔锤；新星石油公司研制的用于石油钻探的YSC-178型射流式液动潜孔锤(最大钻深已达2400m)；原地矿部勘探技术研究所研制的用于嵌岩桩施工的ZC-800型液动潜孔锤等。二是探索充分发挥水击能量的潜力，提高单次冲击功、液能利用率和使用中的可靠性，原地矿部勘探技术研究所近期开发的YZX液动潜孔锤在中细花岗岩的钻进试验中，最高时效达6.00m/h，平均时效2.27m/h，从试验情况看，该型潜孔锤已完全达到体积碎岩的效果。三是对液动潜孔锤的理论研究与优化设计，如长春科技大学开发出液动锤的微机模拟仿真电算程序，取得良好效果。
    
       3.6　电子计算机技术在探矿工程中的应用
　　
       中国地质大学(武汉)研究开发的钻探微机智能监测系统可方便快捷地安装于地质钻探现场，进行钻进过程的实时监测。利用系统具有的智能识别孔内典型工况，寻找合理的规程参数。同时，还可跟踪钻孔轨迹，进行中靶预测。该系统已在国内外推广应用近20台。原地矿部勘探技术研究所、中装集团技术中心等对机械的计算机辅助设计做了大量工作，在实际运用中，设计效率提高数倍，设计质量也明显提高。原地矿部探矿工程研究所、长春科技大学、煤炭科学研究总院西安分院钻探所将计算机技术用于金刚石钻头的设计和制造，建立了数据库和专家系统。在定向钻探中，计算机用于钻孔轨迹设计与控制以及轴线测算等。

       4　展望及建议

       10余年来，尽管我国的固体矿产钻探技术取得了重大成绩和不少突破，但我国在该领域与发达钻探国家的差距仍然存在。因此，我们还有很多工作要做。首先，已有先进钻探技术的推广应用和完善是一项十分重要和迫切的工作；其次，继续在岩心钻探的研究开发方面投入相应力量；第三，相关制造业提高产品质量，向国际标准靠拢。
　　
       综观国际上固体矿产钻探发展趋势，结合我国国情，在钻探技术发展上，有以下几个方面值得重视：
　　
       (1)高效、综合钻探技术的研究开发。总体目标是完善现有钻探技术，以进一步提高钻探效率和质量，并扩展现有钻探技术的适应能力。在钻探设备上，或增大钻机功率，强力钻进；或轻便高效且运移方便；或钻机多功能以适应钻进多工艺和工作多用途的要求。如国外钻探施工的主导型设备已是全液压顶驱式，装载方式多样且以履带式和车载式为主，我国仍是立轴式。钻机操作和控制的自动化是国外钻探业对设备的要求，也是我国勘探钻机与国外的主要差距之一。要进一步完善现有钻探技术：受控定向钻探技术向高精度、小曲率半径、无缆随钻方向发展；绳索取心应研究轻便型和深孔绳索取心钻具系统，完善绳索取心钻进配套水平等；冲击回转钻进技术继续把重点放在液动潜孔锤上，在增加冲击功的同时，进一步提高其工作可靠性和使用寿命。
　　
       (2)深部钻探技术的研究。深部勘探钻进也许是增加矿物储量平衡开发费用的唯一途径。加之减少浅部矿产和水资源的开发以保护生态环境和资源，因而深部勘探钻进在钻探中的比例越来越高。我国深部钻探开展甚少，如不注意开展这方面的工作，将会加剧国民经济建设的持续发展与矿产后备资源不足之间的矛盾。2000m以深钻探关键设备、器具和钻探工艺的研究应予以重视。对某些成矿模式的地层，在数百米深的地下坑道或采区内进行岩心钻探可采用小规格设备进行深部工作，与地表钻探相比，可节约钻探费用和时间。所以应研究坑道内新的岩心钻探技术，钻进深度1000m左右。
　　
       (3)海洋及水域钻探技术。随着陆地浅部大部分矿产资源已被探明及部分矿产资源已被开采枯竭，全球资源勘探在转向深部的同时，也转向海洋和其它水域。我国至今仍无正规的水域取样钻探设备和完整配套的施工工艺技术。我国有6000多个湖泊，海岸线长18000km，这些水域中极为丰富的矿产资源有待勘探开发。研究内容包括：浅海平台，船上安装的适合水域钻探的钻探设备，水域钻探取心取样技术及器具，新型洋底及水下沉没式钻探和取样装置。
　　
       (4)计算机在探矿工程中的开发应用。钻探技术要与高新技术接轨，并全面提高钻探技术的水平，就一定要对计算机技术进行系统开发，以全方位地拉动行业的技术创新和进步。主要研究内容包括：钻探工作自动化和智能化，自动化钻机，钻探设备、器具等的计算机辅助设计和制造，钻探设备设计及钻进过程控制的专家系统等。
　　
       (5)加强对钻探材料的研究开发。这方面是国外非常重视的环节，我们亦应加强这方面的工作，主要是钻探用超硬材料、钻井液和管材等。