目前，我國固體礦物巖心鉆機主要有兩種。壹種是70年代研制的XY系列液壓立軸鉆機[圖2.2(a)和圖2.2 (b)]。另壹種是後期開發的全液壓動力頭鉆機[圖2.2 (c)]。立井鉆機鉆井深度普遍小於2000m，少數機型鉆井深度接近3000m·m，配套技術以普通旋挖鉆進和取心為主，鉆機鉆井參數儀器配置落後。泥漿固控系統仍停留在傳統泥漿池和循環罐使巖粉自然沈澱的落後局面，不能滿足井底動力鉆具對沖洗液固含量的要求。“九五”期間，研制成功液壓立軸雙卡盤倒桿和交流變頻雙卡盤地質巖心鉆機。
“十五”期間，中國地質科學院勘探技術研究所(以下簡稱勘探院)研制成功YDX-3全液壓動力頭地質巖心鉆機[用φ71mm繩索取心鉆桿鉆進深度為1000m，如圖2.2 (c)]。該鉆機適用於金剛石繩索取心、沖擊旋轉鉆進、定向鉆進和反循環連續取心。“十壹五”期間，YDX系列新壹代地質巖心鉆機研發工作全面展開，YDX-2鉆機(鉆井深度600m)、YDX-1鉆機(鉆井深度300m)、YDX-4鉆機(鉆井深度1500m)研制成功。作為“十壹五”和“863計劃”重點項目“2000m地質巖心鉆探關鍵技術與裝備”的核心內容，YDX-5鉆機(鉆探深度2000m)於2011年研制成功。到“十壹五”末，全液壓動力頭地質巖心鉆機已形成完整系列(300 ~ 2000米)。目前，其他型號全液壓動力頭地質巖心鉆機已研制成功:連雲港黃海機械廠的HYDX-4、HYDX-5、HYDX-6，鉆井深度分別為800m、1200m、1600m；山東地質勘探機械廠的XD-3和XD-5型號，鉆孔深度分別為800m和1200 m。以及由其他制造商開發的不同類型的全液壓動力頭鉆機。
“十二五”期間，先後完成了3000米電動直驅頂驅鉆機[圖2.3 (a)]、3500米地質巖心鉆機(YDX-6型)[圖2.3 (b)]、400米輕便鉆機、淺層取樣鉆機和600米反循環鉆機的研發。至此，我國地質巖心鉆機系列已延伸至3500m，在國家科技計劃的支持下，4000m地質巖心鉆機也在研制中。
圖2.2中國廣泛使用的立井鉆機和新開發的動力頭鉆機。
圖2.3 3000米和3500米地質巖心鉆機
2.1.2.2地質巖心鉆探技術現狀及新進展
中國的金剛石繩索取心鉆井技術自20世紀70年代中期開始推廣應用。目前使用深度接近3000m，最大深度達到4006m..繩索取心鉆探技術已成為我國固體礦物巖心鉆探的主要技術方法。
我國液壓DTH錘鉆具的發展處於國際領先水平。YZX127型液壓DTH錘在2005年完成的中國大陸科學鉆探工程部1井施工中取得了良好的效果，總進尺4038.88米，平均時效率1.13米，平均回長6.31米。在普通鉆井生產和小直徑鉆井條件下，應用範圍也在擴大。
中國從20世紀60年代開始研制金剛石鉆頭。經過幾十年的發展，該技術取得了飛速的發展和進步。鉆頭的制造和使用水平有了很大的提高。金剛石鉆頭的平均壽命由早期的30 ~ 35 m提高到100m以上，鉆進效率提高到壹個新的水平。隨著鉆頭材料切削技術的進步，鉆頭對地層的適應性進壹步增強。
隨著地質工作的全面恢復，巖心鉆探工作量逐年增加。以繩索取心、液壓沖擊旋轉、定向鉆進等先進鉆探技術為主要特征的小直徑金剛石地質巖心鉆探技術再次顯示出勃勃生機。從20世紀末到26世紀初，地質巖心鉆探技術取得了新的發展。具體表現在以下幾個方面。
(1)組合鉆井技術研究
該技術實現了壹套儀器滿足不同地質環境和不同取樣目的的需要，為幹旱缺水復雜地層地質調查和石油地震物探施工中的快速取樣提供了可靠的技術手段。特別是在我國新壹輪油氣勘探中，該技術方法不僅解決了復雜地層油氣地震物探爆破孔成孔難的技術難題，而且施工效率提高了5 ~ 8倍。為加快我國新壹輪油氣勘探，發現壹批新的油氣礦產異常發揮了重要作用，引起了石油物探界的重視。這種技術方法的直接產值超過100億元。
(2)西部復雜地層中深孔巖心鉆探技術研究。
這壹成果為加快中國西部復雜地層和中東部深部地質礦產資源的勘探評價提供了非常實用的技術手段。該成果研制的深孔繩索取心鉆桿、鉆具和施工技術，創造了國內固體礦產資源調查儀器孔深記錄，其中采樣深度超過1900m m。
(3)資源評價定向鉆施工技術
該技術可實現壹個主孔完成多個分支孔並穿過礦體的目的，節省了大量鉆孔工作量，為今後特殊施工環境下的鉆孔取樣施工提供了壹種經濟適用的技術手段。該技術產生了巨大的經濟效益和社會效益。
(4)地質填圖和化探快速取樣鉆探設備及施工技術。
該技術為我國海洋地質調查中的大比例尺地質填圖、地球化學勘探和快速采樣提供了高效的設備和技術手段。在我國地質調查中的地質填圖、地球化學采樣、海洋地質和環境地質調查建設等方面取得了非常好的應用效果，具有良好的應用前景。
(5)液壓DTH錘的結構和性能有了很大改進，“三合壹”鉆具研制成功。
十五期間研制成功的YZX127液壓DTH錘采用了全新的結構，大大提高了液壓錘的能量利用率和穩定性，其技術成果獲得了兩項國家發明專利。在中國大陸科學鉆探工程部鉆探1號井施工中，創造了單井連續使用液壓錘進尺3485.69米和使用井深5118.2米兩項世界紀錄。自主研發的液壓潛孔錘+螺桿馬達+繩索取心“三位壹體”鉆具，在科鉆1井主孔5000多米的深度成功鉆進壹次，取出壹個長度為3.5米的完整巖心，證明該鉆具的研究初步成功。
(6)探索了VDS垂直鉆井系統和保真取樣鉆具。
多用途微機自動定向鉆井系統與技術研究以自動控制和糾偏為核心，利用成熟的傳感器、液壓和機械技術，探索出壹套機、電、液壹體化的閉環垂直鉆井系統，基本解決了空間狹小、工作環境惡劣帶來的各種技術難題，為閉環控制系統的主要硬件設計探索出壹套工作思路。為今後進壹步研究高技術自動垂直鉆井或自動定向鉆井系統積累了經驗，奠定了基礎。研制並試制了可獲得原始狀態水合物樣品的取心鉆具結構、鉆具樣機等輔助裝置，並進行了室內試驗，取得了理想的效果，為進壹步研制實用可靠的水合物保真取樣鉆具奠定了基礎。
(7)定向鉆井技術和對接井鉆井技術取得新進展。
設計了適用於定向鉆井的組合鉆具，並對中低轉速螺桿鉆具進行了改進，以適應牙輪鉆頭、金剛石鉆頭和復合片鉆頭。編制了定向鉆和水平鉆設計控制軟件。改變了原有水溶性礦物的開采方式，大大提高了開采效率和礦產資源的利用率。完成兩對近3000米深井對接井，開創了我國對接井技術的新時代，實現了鹵水對接井的重大技術突破。
2.1.2.3鉆探技術在資源勘探中的應用
鉆井技術在中國資源勘探中做出了重要貢獻，並將發揮重要作用。新中國成立以來，在已探明儲量的171礦種和150多種礦種的勘探中，都不同程度地采用了鉆探技術。鉆井技術為保障中國經濟發展所需的礦產資源和能源供應做出了重要貢獻。
從1903到1949，我國鉆井總工作量只有17萬m左右，幾乎都是國外公司利用自己的鉆井設備完成的。新中國成立後，完成的鉆井工作量逐年增加。以地質系統為例，從1949到2002年累計鉆井工作量為106m，“十五”以後，隨著國家對地質工作的重視，鉆井工作量進入了強勁增長期。“十壹五”以來，巖心鉆探工作量也屢創新高，2006年達到865.38+0萬m；2007年11.65萬米；2008年1555萬米；2009年17205萬米；2010 18萬m；2011年2400萬m；2012 3419.19萬m .同時，勘探深度也在不斷加深。在21世紀，越來越多的鉆孔完成了1000米的深度。據不完全統計，1000m以上鉆孔數百個，2000m以上鉆孔數十個。
我國礦產資源經過數百年的勘探開發，大部分地表和淺層礦產資源已被發現和利用。因此，國土資源部指導意見中確定的深部找礦工作戰略目標是“評價主成礦帶地下500 ~ 2000 m深部資源潛力，將重要固體工業礦體勘探深度推進到1500m”。以河北省地質勘查局第四地質大隊承德地區M24異常查證礦區國家危機礦山找礦成果和ZK2402鉆孔為例，說明鉆探技術在深部礦產資源勘查中的應用。
(1)國家危機礦山找礦成果
2004年，國土資源部選擇了9個礦山開展危機礦山找礦試點。大冶鐵礦深部已發現760多萬噸鐵礦石。本礦區共有* * *鉆孔22個，總進尺13980m，鉆孔10個，其中建林山礦段ZK15-7孔段326.65m。同時，通過取芯鉆探在1500m深度發現與上部同源的鐵礦，更新了成礦理論。其他八個危機礦山勘探項目也取得了進展。遼寧省阜新礦業集團八道壕煤礦的9個鉆孔中，有4個鉆孔發現了可采煤層，顯示了良好的找礦前景。大型國企雲南老廠錫礦現有儲量只能維持4年。目前估計已獲得銅84000t，錫1.033t。此外，遼寧紅透山銅鋅礦、雲南大瑤枝居銅礦、雲南鶴慶錳礦、湖南瑤崗仙鎢礦、四川金河磷礦等6個危機礦山均有不同程度的找礦新進展。繼首批9個危機礦山試點項目啟動後，2006年又啟動了40個危機礦山資源接替項目。
截至2008年底，國家危機礦山接替資源找礦工程實施5年來，已完成216個礦山深部找礦，施工鉆探1.58萬米，坑探26萬米。累計探明新增資源儲量:煤46億噸、鐵7億噸、錳739萬噸、銅654.38+96萬噸、鉛鋅485萬噸、鎢40萬噸、金426噸、銀5696噸、磷礦7341萬噸，其中34個新增資源達到大型，62個達到中型有了以上成就，鉆井技術發揮了不可替代的作用。同時，危機礦山專項探礦工程的實施也在壹定程度上促進了鉆探技術的進步。金剛石繩索取心鉆探技術的鉆探深度過去不到1000米，現在提高到2000米。在五年完成的65438+58萬米危機礦井勘探鉆探工作量中，深度超過100米的鉆孔有173個，占總鉆探工作量的14.46%，13個
(2)承德地區M24異常查證礦區ZK2402孔。
承德某礦區位於黑山基性雜巖體的西北緣，由斜長石和正長巖組成。主煤層分布在800 ~ 1900 m之間，礦區為M24地磁組合異常。河北省地質勘查局第四地質大隊完成的M24異常查證礦區ZK2402鉆孔，始於2007年4月15，止於2007年7月18，最終孔深1905.92m，采用XY-6立軸液壓鉆機、BW-320泥漿泵、23m加重直管鉆機、150kW發電機組。國產普通材料89mm和φ71mm繩索取心鉆桿。
ZK2402孔的經濟技術指標為:時效2.59m/h，月效率601m，回長2.53m，全孔心率98%，直孔和終孔井斜13，金剛石鉆頭平均壽命90m，平均提鉆間隔50 ~ 60m。
遇到的技術問題是XY-6B鉆機的提升力，立軸扭矩基本滿足2000m以內深孔的使用要求，但卡盤夾緊力和立軸(旋轉體)固定支架強度不足。鉆機缺乏必要的檢測鉆井參數的儀器，導致在2000米深孔鉆井過程中，只能依靠現場作業經驗來調整和控制技術參數。該礦區的勘探實踐證明，迫切需要鉆孔深度超過2000米的鉆探設備和儀器
ZK2402巖心鉆探證明主煤層比原先預計的厚，預測遠景鐵礦資源量為3億噸。
2.1.2.4鉆探技術在國家重大科學工程和地質災害監測、預警和治理中的應用。
2005年3月8日，中國大陸科學鉆探主孔工程竣工，連續鉆探1353天，最終孔深5158米。2005年6月5438+2月65438+7月，“中國大陸科學鉆探工程鉆探新技術體系研究與應用”科技成果通過國土資源部鑒定。該項目創造性地將“組合鉆井技術”、“靈活的雙孔方案”、“先進的小孔徑取心鉆井方法”相結合，形成了具有中國獨有特色的科學鉆井技術體系。該鉆井新技術體系主要由井底動力驅動沖擊旋轉取心鉆井技術、硬巖大直徑長井段擴孔鉆井技術、大斜度地層井斜控制技術、優質LBM-SD泥漿體系、小間隙固井及活動套管應用技術、井內事故預防與處理技術、鉆井數據采集與處理技術等組成。高效破巖鉆井技術、液壓DTH錘沖擊回轉鉆井技術、取心技術和泥漿技術為中國大陸科學鉆探工程提供了強有力的技術支撐。取得了突破性成果，創造了國內領先、世界先進水平，為中國大陸科學鉆探工程的完成做出了重要貢獻。同時，中國大陸科學鉆探工程部鉆探1號井的成功實施及其科技成果也極大地促進了我國地質巖心鉆探技術的提高。
環境科學鉆探技術研究成果已應用於國家重大公益項目——柴達木盆地資源與環境科學鉆探、羅布泊環境科學鉆探、雲南鶴慶環境鉆探、松遼盆地科學鉆探項目，取出的樣品完整，回收率高，無擾動。鶴慶環境鉆探巖心采取率達97%，羅布泊環境鉆探巖心采取率達90%以上，充分顯示了取心新技術在環境鉆探中不可替代的巖心保護和取心作用，是目前從事環境鉆探的主要技術。對取出的樣本進行分析研究後，正確推斷出地球上某壹時期地球環境的發展演變規律，為國家宏觀經濟決策提供了理論依據。
“滑坡監測新技術及系列儀器開發”、“地質災害監測數據自動化及網絡采集系統研究”、“地質災害監測預報關鍵技術研究”、“滑坡監測應用示範”、“高陡邊坡地質安全監測預警技術示範”、“典型突發性地質災害時空預警(含水量測試儀)”等技術和儀器的研究成果，提高了我國地質災害監測預警的技術水平。研制的“滑坡光纖推力監測系統”、“QXY-5鉆孔測斜儀”等儀器實現了自動化監測，並在三峽庫區及其他地區多個縣市的滑坡深部位移監測中得到廣泛應用。“含水量測試儀”也在全國得到了很好的推廣應用，為保障當地人民生命財產安全和指導城市建設規劃發揮了積極作用。
通過新型非金屬錨索替代金屬錨索的研究和探索，解決了金屬錨索質量大、運輸困難、耐腐蝕等問題。通過對新型高強預應力混凝土結構抗滑樁的研究，提高了抗滑樁的承載力；“滑坡勘探潛孔錘巖心鉆探技術”的研究成功，大大提高了鉆探速度，保證了滑坡帶取樣質量。“河道堤壩防滲加固快速高壓噴射灌漿技術研發”成果成功應用於1998洪水後病險水庫防滲加固，提高了施工效率。
2.1.2.5結論
鉆探技術仍然是唯壹能夠從地下取出物理巖石和礦物樣品的勘探技術。隨著現代鉆井技術的發展，巖心鉆機已經發展到全液壓動力頭鉆機和自動化、智能化地質巖心鉆機。井底動力鉆具(DTH錘、螺桿鉆、渦輪鉆、井底電鉆等)。)從發明到發展也達到了壹定的水平。鉆削技術已經發展到鉆削人造金剛石和合成復合超硬材料的時代。
鉆探技術為我國資源勘探、國家重大科學工程、地質災害監測、預警和治理做出了重要貢獻，並將發揮更加重要的作用。