国外发展现状

钻探技术起源于我国,后至海外。17～18世纪,欧洲工业革命促进了钻探技术的发展。18世纪中叶出现了人力推动的岩心钻机和天然金刚石钻头;19世纪末出现了蒸汽动力驱动、人力给进的钻机;20世纪初出现了螺旋给进钻机;20世纪30～40年代,液压技术开始用于钻进给进系统;20世纪60～70年代出现了全液压驱动和控制的动力头式钻机,从而开辟了岩心钻探的新天地。

在岩石破碎磨料方面,从1862年天然金刚石取心钻头问世以来,1899年铁砂(钢粒)钻进被发明,1916年硬质合金开始用于钻探;1954年世界第一颗人造金刚石制造成功,并用于制造金刚石钻头。钻探经历了从天然金刚石表镶钻头到钢粒钻头、硬质合金钻头和人造金刚石孕镶钻头时代,至今进入了人造复合超硬材料钻探时代。

人造金刚石等新材料和机械电子等新技术在钻探中的大量应用,进一步推动了世界钻探技术的发展。如1990年苏联在科拉半岛完成了12262m深的科学钻探孔,创岩心钻探世界最深纪录;1988年加拿大在南非金矿完成了5423m深的小直径地质岩心钻孔,创小口径绳索取心钻探世界纪录;2012年日本用“地球”号勘探船分别在宫城县近海(水深6883.5m)和青森县八户市近海(水深1180m)钻成了7740m深水钻探孔及海底进尺2132m的钻探孔,创世界纪录;1980年意大利在拉德瑞罗钻成4092m深的地热井,最高井温达500℃;日本在葛根田钻成3729m深的井温500℃地热井;美国和丹麦在卡塔尔AIShaheen油田海上钻成了12289.57m深的石油勘探井;2012年俄罗斯在萨哈林岛创造了12376m深的石油勘探井世界纪录。国外钻孔(井)深度纪录见表1-1,金刚石绳索取心孔深纪录见表1-2。

在定向钻探技术方面,首先是美国和苏联于20世纪初开始把孔底动力马达(涡轮钻、螺杆钻、电钻)用于石油钻井,固体矿产定向钻探技术到20世纪30年代以后才开始起步。近百年来,定向钻探技术的发展经历了4个阶段:20世纪50年代以前凭经验钻探,称之为“摸着钻”阶段;50年代至80年代初开始采用多种力学模型及计算机辅助设计,钻探进入“算着钻”阶段;80年代至90年代采用随钻测量技术(MWD)显示钻孔轨迹及钻进参数,称之“看着钻”阶段;80年代后期至20世纪末,可实现不起钻遥控孔底钻具组合及方向,精确控制钻孔轨迹,称为“变着钻”阶段;21世纪,随着现代科技的进步,开始向钻孔(井)轨迹自动控制方向发展,进入“自动钻”阶段。

表1-1 国外钻探孔(井)深纪录概况

表1-2 国外部分金刚石绳索取心钻探纪录概况

近年来,定向钻进技术在油气田勘探和开发、固体矿产勘探方面获得了巨大进步。如BP公司1999年在英国 WytchFarm油田完成的大位移井——1M-16SPZ井,水平位移达10728m,创世界纪录;挪威国家石油海德罗公司2008年在北海Gullfaks油田完成的世界最深海上丛式产油井——Gulltopp井(井深9910m),丛式井口数量最多:在海上平台有96口,人工岛上有170口。

钻探技术不仅在陆地、海洋、南北极硕果累累,而且在宇宙探测中也取得了长足进步。如美国“好奇号”火星探测器(图1-1)于2013年在火星表面钻成了一个直径1.52cm、深约6.35cm的孔,并采取了火星表层岩样(图1-2)。

图1-1 “好奇号”火星探测车

图1-2 “好奇号”所钻的钻孔及岩心