地質(zhì)巖心鉆探工藝及器具

(1)繩索取心技術(shù)

取心技術(shù)主要有提鉆取心和繩索取心兩種方式。近20多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外地質(zhì)鉆探工藝方法沒(méi)有根本性的突破和發(fā)展，仍然是以小口徑金剛石繩索取心鉆探技術(shù)為主，僅對(duì)個(gè)別礦種和不同地質(zhì)條件下輔以不同的多工藝鉆探技術(shù)。繩索取心技術(shù)在取心鉆探工作量中所占比重超過(guò)了70%。

(2)繩索取心鉆桿

鉆桿的性能決定了鉆進(jìn)深度，鉆桿的質(zhì)量影響鉆進(jìn)效率和施工安全。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局勘探技術(shù)研究所(以下簡(jiǎn)稱勘探所)與生產(chǎn)企業(yè)合作，成功研制出XJY-850高鋼級(jí)精密無(wú)縫合金管材，改進(jìn)了鉆桿結(jié)構(gòu)、接頭螺紋扣形及尺寸，使其有更高的強(qiáng)度和更大的可靠性。提出了鉆桿接頭的材質(zhì)和表面強(qiáng)化處理新方法，以提高鉆桿接頭表面耐磨性及強(qiáng)度。鉆桿壽命提高了30%～50%，滿足了1500～2500m孔深鉆進(jìn)要求。深部鉆探繩索取心鉆桿的成功研制，標(biāo)志著我國(guó)高強(qiáng)度薄壁繩索取心鉆桿研究取得了重大進(jìn)展。

(3)金剛石鉆頭

鉆頭的性能決定了鉆進(jìn)效率，鉆頭的壽命影響時(shí)間利用率和鉆孔安全。在深部硬、脆、碎及軟硬互層的難鉆進(jìn)地層中，我國(guó)采用復(fù)合式金剛石鉆頭，利用巴拉斯(三角聚晶)的犁削作用和高耐磨性，結(jié)合孕鑲層的磨削作用和自銳特性，合理調(diào)節(jié)三角聚晶和孕鑲層的比例，按所鉆地層研磨性調(diào)節(jié)胎體的耐磨性，采用了超細(xì)合金粉末、三角聚晶增強(qiáng)工藝，金剛石表面鍍敷金屬外衣，以增強(qiáng)胎體對(duì)金剛石的把持力和降低燒結(jié)溫度。新的仿生技術(shù)在鉆頭設(shè)計(jì)上的應(yīng)用，對(duì)改進(jìn)鉆頭的性能有所提升。

(4)保溫保壓取樣器

針對(duì)天然氣水合物難以取樣的關(guān)鍵技術(shù)難題，我國(guó)開發(fā)了保溫保壓取樣鉆具和快速冷凍取樣器。在海拔4200m的青海省祁連山脈木里高原凍土區(qū)，進(jìn)行了我國(guó)第一口“祁連山凍土區(qū)天然氣水合物DK-1科學(xué)鉆探實(shí)驗(yàn)孔”鉆探施工，并在孔深133.5～165.5m孔段之間先后三次取出了人們期盼的天然氣水合物樣品。目前設(shè)計(jì)加工的孔底快速冷凍取樣器規(guī)格Φ108mm，取心直徑Φ46mm，冷凍溫度0～-20℃，保壓密封能力大于1MPa。通過(guò)階段性鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)表明，取樣器主要機(jī)構(gòu)工作正常，并能夠?qū)崿F(xiàn)孔底快速冷凍和保壓巖樣。