從鉆探領(lǐng)域技術(shù)新發(fā)展看對(duì)超硬材料的新要求

方嘯虎， 趙爾信

(1.上海昌潤(rùn)極銳超硬材料有限公司 上海 201108；2.北京探礦工程研究所，北京 100083)

1 概述

國(guó)外地球科學(xué)始于20世紀(jì)60年代，它與人類(lèi)登月計(jì)劃被譽(yù)為人類(lèi)在20世紀(jì)60年代的兩大創(chuàng)舉。我國(guó)地球科學(xué)鉆探的發(fā)展應(yīng)與我國(guó)太空計(jì)劃比翼雙飛，有夢(mèng)想、有目標(biāo)、有作為、勇于擔(dān)當(dāng)。

目前我國(guó)地球深部探測(cè)計(jì)劃目標(biāo)遠(yuǎn)大，技術(shù)發(fā)展迅速，已不再是跟跑其他強(qiáng)國(guó)，而是與之并跑世界先進(jìn)行列。但與太空計(jì)劃的發(fā)展相比，仍有相當(dāng)?shù)牟罹唷?/p>

1.1 地球科學(xué)深部探測(cè)鉆探計(jì)劃[1]

(1)2001年～2005年大陸科鉆一井，井深5158米(第一步)；

(2)《地殼探測(cè)計(jì)劃》的“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專(zhuān)項(xiàng)”部署了7個(gè)科學(xué)驗(yàn)證孔；

(3)大慶油田白堊紀(jì)環(huán)境科學(xué)鉆探井，科鉆二井，井深7018米(第二步)；

(4)正在準(zhǔn)備鉆萬(wàn)米深井(第三步)，這就是我國(guó)萬(wàn)米超深鉆的三個(gè)階段；

(5)爭(zhēng)取國(guó)家立項(xiàng)，準(zhǔn)備鉆入地球莫霍面，研究地幔的形態(tài)及物質(zhì)組成，井深需大于30000米，這是西方國(guó)家想做而不敢做的世紀(jì)科學(xué)大事；

(6)為此，天體科學(xué)和地球科學(xué)需要“天地合一”共同發(fā)展，讓“中國(guó)人有能力躋身于世界民族之林”。

1.2 國(guó)內(nèi)外超深井記錄

(1)國(guó)外超深井記錄

①蘇聯(lián)Г-3井——12262m；

②卡塔爾石油鉆探記錄，阿肖辛油井——12289m；

③俄羅斯庫(kù)頁(yè)島OP-11油井——12342m；

④南非金礦地質(zhì)繩索取心鉆孔深度——5423m；

(2)國(guó)內(nèi)深井(孔)超深井記錄[2]

①中石化西北油田順北鷹1井——8588m；

②中國(guó)大陸科學(xué)鉆探科鉆一井——5158m；

③中國(guó)大陸環(huán)境科學(xué)鉆探科鉆二井——7018m；

④中國(guó)黃金巖金勘查第一深鉆，山東萊州ZK96-5孔——4006.17m；

⑤中國(guó)鈾礦第一科學(xué)深鉆(江西相山)鉆孔深度——2818.88m；

⑥汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探5個(gè)科學(xué)群鉆——500～2200m；

⑦“地殼探測(cè)計(jì)劃”的“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專(zhuān)項(xiàng)”部署的7個(gè)科學(xué)驗(yàn)證孔(200～3000m)。

深部探測(cè)鉆井?dāng)?shù)量增多，井深不斷增加，這些鉆井(孔)就是深入地球內(nèi)部的望遠(yuǎn)鏡和內(nèi)窺鏡，是研究地殼和演化的最重要的技術(shù)方法。同時(shí)對(duì)于探測(cè)深部生物圈，破解生命演化奧秘以及認(rèn)識(shí)全球環(huán)境變化機(jī)理等都將發(fā)揮重要作用。

2 鉆探技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)

2.1 油氣勘查[3]

(1)全球油氣鉆探

全球油氣鉆探工作量有下滑的態(tài)勢(shì)，經(jīng)充分調(diào)研呈現(xiàn)如表1所示。

中國(guó)和美國(guó)的油氣鉆探工作量也是下滑的態(tài)勢(shì)，經(jīng)充分調(diào)研呈現(xiàn)如表2所示。

表1 全球油氣鉆探工作量下滑的態(tài)勢(shì)

表2 中美兩國(guó)油氣鉆探工作量下滑的態(tài)勢(shì)

從表1和表2數(shù)據(jù)再經(jīng)筆者充分調(diào)研后，得出了全球和中國(guó)與美國(guó)油氣田鉆探工作量及所需鉆頭個(gè)數(shù)，所需復(fù)合片片數(shù)供同仁參考。1)從態(tài)勢(shì)看,2014～2016年都有明顯下降，而到2017年均有回升的趨勢(shì)；2)不要盲目地追求數(shù)量，有好的質(zhì)量才有好的市場(chǎng)。所以我國(guó)提高復(fù)合片質(zhì)量仍是今后的重要方向。

(2)油氣勘查開(kāi)采投入觸底回升[4]

2017年勘查投資597.46億元，同比增長(zhǎng)13.3%；

2017年開(kāi)采投資1629.02億元，同比增長(zhǎng)22.2%；

完成探井2728口(粗略估計(jì)鉆探進(jìn)尺1364萬(wàn)米)；

完成開(kāi)發(fā)井20696口(粗略估計(jì)鉆探進(jìn)尺7243萬(wàn)米)；

(3)石油產(chǎn)量小幅下滑，天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)較快

2017年石油產(chǎn)量1.92億噸，同比下降4.1%；

2017年天然氣產(chǎn)量1330.07億立方米，同比增長(zhǎng)8%；

(4)油氣地質(zhì)調(diào)查取得突破性進(jìn)展

2017年我國(guó)成功實(shí)施了海域天然氣水合物首次試采，創(chuàng)造了持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，產(chǎn)氣量最大的試采世界紀(jì)錄；

南方頁(yè)巖氣調(diào)查獲得突破；

新疆溫宿新溫地1井2井，遼寧阜新阜地2井獲得工業(yè)流油；

黔西六盤(pán)水地區(qū)楊梅參1井、川南宜賓地區(qū)川高參1井獲煤層氣工業(yè)氣流。

2.2 地質(zhì)勘查

(1)2017年我國(guó)地質(zhì)勘查投入連續(xù)了近年來(lái)的下滑態(tài)勢(shì)，以2012年為拐點(diǎn)繼續(xù)下行。

2017年地質(zhì)勘查投資198.36億元，同比下降19.8%，完成鉆探工作量694萬(wàn)米(見(jiàn)表3)，同比下降32.7%，全國(guó)鉆探工作量排名前五位的省或自治區(qū)為新疆、內(nèi)蒙、云南、山東、貴州。

雖然鉆探工作量逐年下降，勘查投資減少，但礦產(chǎn)勘查成果依然顯著。

全國(guó)發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)地109處，其中大型37處，中型29處，小型43處。

新增資源：煤186億噸、鐵礦石0.6億噸、銅104萬(wàn)噸、錳982萬(wàn)噸、鋁土礦0.67億噸、鉛鋅287萬(wàn)噸、金112噸、銀1741噸、磷礦石4496萬(wàn)噸、石墨5725萬(wàn)噸。

2.3 鉆探工程應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域(圖1)

表3 我國(guó)歷年鉆探工作量

Table 3 The overall drilling workload over for years in China

1903年～1949年累計(jì)17萬(wàn)米1949年～2002年累計(jì)10600萬(wàn)米2006年865萬(wàn)米2007年1160萬(wàn)米2008年1555萬(wàn)米2009年1720.5萬(wàn)米2010年1800萬(wàn)米2011年2500萬(wàn)米2012年2700萬(wàn)米2013年2200萬(wàn)米2014年1854萬(wàn)米2015年1720萬(wàn)米2016年913萬(wàn)米2017年694萬(wàn)米2018年625萬(wàn)米

圖1 鉆探應(yīng)用多領(lǐng)域示意圖Fig.1 The schematic of drilling application fields

3 鉆探新技術(shù)、新進(jìn)展[5-6]

3.1 遠(yuǎn)程遙控自動(dòng)鉆井(圖2)

2004年11月19日，斯倫貝謝劍橋研究中心的科學(xué)家，從英國(guó)劍橋發(fā)出改變泥漿泵排量的指令，通過(guò)衛(wèi)星跨過(guò)大西洋的遙控指令被美國(guó)得克薩斯州Cameron試驗(yàn)中心的鉆機(jī)接收并執(zhí)行，由此拉開(kāi)了遙控自動(dòng)鉆井研發(fā)的序幕，這一技術(shù)可能會(huì)改變我們未來(lái)的鉆井方式。

3.2 無(wú)鉆機(jī)(獾式)鉆井

挪威Rogaland研究所在1999年提出獾式無(wú)鉆機(jī)鉆探概念，是一種無(wú)鉆機(jī)的井下自動(dòng)鉆探器，類(lèi)似于“有線導(dǎo)彈”或井下鉆井機(jī)器人(圖3)。2002年取得挪威專(zhuān)利，2003年成立獾式鉆探器公司；2005年5月1日正式啟動(dòng)“獾式鉆探器”原理研制計(jì)劃。

圖2 遠(yuǎn)程遙控鉆探示意圖Fig.2 The schematic of remote drilling

圖3 無(wú)鉆機(jī)鉆井示意圖Fig.3 The schematic of badger drilling

其核心技術(shù)是：采用高電壓脈沖在“鉆頭”前方的巖石形成高能等離子體，等離子體在不到一微秒的時(shí)間內(nèi)在巖石中極迅速地膨脹，導(dǎo)致局部巖石破裂和破碎。

·鉆井過(guò)程

◇“鉆頭”用鋼絲繩或連續(xù)管下入井內(nèi)；

◇通過(guò)電纜給“鉆頭”供電，“鉆頭”功率小，不到1kW；

◇不用機(jī)械力破巖，“鉆頭”無(wú)活動(dòng)部件；

◇隨鉆測(cè)量信號(hào)通過(guò)電纜傳輸?shù)降孛妫瑐鬏斔俾蕵O高；

◇在硬地層中破巖效率高，井筒光滑；

◇井眼小，只有1～3英寸；

3.3 碳纖維復(fù)合鉆桿

碳纖維是含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞抗蠕變特性的材料，但耐磨性稍差。

美國(guó)能源部新近研制并開(kāi)發(fā)出了新型輕質(zhì)碳纖維復(fù)合鉆桿，并在美國(guó)俄克拉荷馬州的一口水平井中完成了試驗(yàn)。

該鉆桿具有通用性和很高的強(qiáng)度，且比鋼質(zhì)鉆桿柔性更強(qiáng)，非常適合老井側(cè)鉆、鉆水平井鉆進(jìn)，能大幅度降低成本，延長(zhǎng)氣井的壽命。

目前，碳纖維復(fù)合鉆井的價(jià)格是普通鉆井的3倍，但在水平井鉆進(jìn)時(shí)連續(xù)彎曲狀態(tài)下，并不會(huì)像普通鉆桿易出現(xiàn)裂紋或者磨損。

下一代碳纖維復(fù)合鉆桿的研制將包括在Φ177.8mm鉆桿中嵌入一條數(shù)據(jù)傳輸線，實(shí)現(xiàn)井下數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送，從而形成智能鉆井系統(tǒng)。

澳大利亞穩(wěn)定地為石油鉆探開(kāi)發(fā)碳纖維鉆桿。據(jù)澳大利亞礦業(yè)雜志2012年報(bào)道，深度探測(cè)技術(shù)合作研究中心(DETCRC)的鉆探研究與培訓(xùn)部門(mén)稱(chēng)，他們采用碳纖維鉆桿成功地鉆探礦物。該項(xiàng)培訓(xùn)在南澳大利亞布魯昆加(BRUKUNGA)，據(jù)DETCRC的執(zhí)行官Hills說(shuō)，這種碳纖維鉆桿與傳統(tǒng)鋼鉆桿相比，是一種更堅(jiān)固、更輕質(zhì)、更安全的新型鉆桿。

隨著深井、水平井、大位移井、短曲率半徑井和深水井等高難度井在鉆井中所占的比重越來(lái)越大，鋼鉆桿固有的不足就更加凸顯出來(lái)。比如鋼鉆桿重量大，限制了鉆機(jī)的鉆深能力；在定向井和水平井中，鋼鉆桿的扭矩和摩阻大，限制了井的水平位移；鋼鉆桿的韌性差，在短曲率半徑和超短曲率半徑水平井中應(yīng)用有一定難度。因此，碳纖維鉆桿是鉆探技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。

3.4 高效破巖新技術(shù)

國(guó)外十分重視破巖技術(shù)攻關(guān)和持續(xù)改進(jìn)，近兩年已出現(xiàn)和正在研發(fā)的高效破巖技術(shù)主要有：新型鉆頭(PDC與牙輪復(fù)合鉆頭、新型尖齒PDC等)、旋沖鉆井、粒子沖擊鉆井、超臨界CO鉆井、井底降壓鉆井、仿生鉆頭設(shè)計(jì)技術(shù)(穿山甲、達(dá)烏爾鼠)等。[7]

(1)PDC與牙輪復(fù)合鉆頭

·國(guó)外成功研制出新型PDC+牙輪復(fù)合鉆頭(圖4)，優(yōu)點(diǎn)包括：

◇突破傳統(tǒng)牙輪鉆頭機(jī)械鉆速的限制

◇解決了大尺寸PDC和牙輪鉆頭在扭矩和鉆壓上的限制

◇解決夾層鉆進(jìn)中的扭矩波動(dòng)造成鉆具的過(guò)早失效和限制作業(yè)扭矩的問(wèn)題

◇提升馬達(dá)定向作業(yè)的鉆速、造斜率和工具面控制能力

·目前已研制出兩種設(shè)計(jì)的復(fù)合鉆頭：

◇小尺寸兩刀翼、雙牙輪鉆頭

◇為稍大尺寸的三刀翼、三牙輪鉆頭

·新型復(fù)合鉆頭已在加拿大、沙特阿拉伯、美國(guó)得克薩斯的試驗(yàn)井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，均取得很好的效果：

◇在頁(yè)巖或其他塑性地層中鉆進(jìn)，鉆速比常規(guī)牙輪鉆頭提高2～4倍，鉆頭進(jìn)攻性及破巖效率大大增強(qiáng)，在液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)下可獲得更高的鉆速。

◇與普通PDC鉆頭相比，扭轉(zhuǎn)振蕩減少50%，減少了低轉(zhuǎn)速下黏滑現(xiàn)象的發(fā)生，和高轉(zhuǎn)速下井眼出現(xiàn)螺旋的情況。

◇因此，復(fù)合鉆頭具有更大的適用范圍，在定向井和水平井中具有良好的工具面控制能力。

圖4 PDC+牙輪復(fù)合鉆頭Fig.4 PDC & cone composite bits

(2)新型錐形齒PDC鉆頭(Stinger Bit)(圖5)

圖5 新型錐形齒PDC鉆頭Fig.5 New PDC Stinger Bits

·創(chuàng)新點(diǎn)：

◇超厚金剛石

◇圓錐形齒

·優(yōu)點(diǎn)：

◇對(duì)硬地層的沖擊強(qiáng)度是常規(guī)PDC鉆頭的10倍

◇抗磨損/壽命是傳統(tǒng)PDC鉆頭的11倍，減少起下鉆

◇切削多功能性，可適應(yīng)各種地層

◇切削效率高，巖屑顆粒大

(3)新型液動(dòng)旋沖鉆井(JackHammer Drilling)

·優(yōu)點(diǎn)：

◇不局限于地層，在井眼中心部位沖擊引起巖石破裂

◇堅(jiān)硬地層機(jī)械鉆速顯著提高

◇經(jīng)優(yōu)化的沖擊頻率和相對(duì)小的錘擊重量，對(duì)下部鉆具組合影響小

·研究進(jìn)展及現(xiàn)狀

◇2009年四季度完成高壓測(cè)試，用水泥模擬巖石試驗(yàn)，提高機(jī)械鉆速30%

◇2010年一季度完成第四代樣機(jī)

(4)粒子沖擊鉆井(Particle Impact Drilling)(圖6)

·2002年，美國(guó)的Curlett H B、Sharp D P和GregoryM A等人提出了粒子沖擊鉆井(Particle Impact Drilling，簡(jiǎn)稱(chēng)PID)技術(shù)的新概念。

·粒子沖擊鉆井破巖是以高速球形硬質(zhì)鋼粒子沖擊破巖為主，以高速水力破巖和機(jī)械破巖為輔的一種新的鉆井破巖方法。

粒子沖擊鉆井研究進(jìn)展：

◇2006年完成樣機(jī)，地面試驗(yàn)

◇2007年現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

◇2009年累計(jì)應(yīng)用64口井，鉆速提高5倍，但鉆頭壽命短的問(wèn)題仍然沒(méi)有很好解決

·前景展望：

◇粒子沖擊鉆井技術(shù)將會(huì)成為一種經(jīng)濟(jì)、高效的深井硬地層鉆井的新方法。

◇粒子沖擊鉆井大大提高了能量的利用率，其鉆井速度是常規(guī)鉆井的3～4倍，具有廣闊的應(yīng)用前景和開(kāi)發(fā)價(jià)值。

3.5 定向鉆井叢式水平井，工廠化作業(yè)

·利用一個(gè)鉆井平臺(tái)鉆多個(gè)水平井，節(jié)省井口占地面積，設(shè)備利用最大化，鉆井液重復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)壓裂施工工廠化，降低成本，節(jié)約時(shí)間。

◇美國(guó)XX地區(qū)頁(yè)巖鉆井平臺(tái)部署水平井28口，控制含氣面積7平方公里、可采儲(chǔ)量42億立方米、日產(chǎn)氣226～283萬(wàn)立方米。

◇采用叢式井組方式，一個(gè)鉆井平臺(tái)部署井?dāng)?shù)不同，每個(gè)氣井節(jié)約10萬(wàn)～20萬(wàn)美元。

圖6 粒子沖擊鉆井示意圖Fig.6 The schematic of Particle Impact Drilling

4 5G 時(shí)代來(lái)臨，金剛石鉆探和超硬材料應(yīng)該如何辦？

(1)鉆探技術(shù)應(yīng)向 5G 時(shí)代邁進(jìn)

鉆探工程是信息密集型行業(yè)，它以前最主要目的是找礦。但現(xiàn)在我們總結(jié)了一下竟然達(dá)十六個(gè)類(lèi)型的部門(mén)都有鉆探工程，一個(gè)鉆探全面提升是必然趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)智能鉆井要涉及許多領(lǐng)域的方方面面，它是一個(gè)學(xué)科門(mén)類(lèi)多、技術(shù)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，目前的各項(xiàng)研究成果正在朝著實(shí)現(xiàn)鉆井自動(dòng)化、智能化、無(wú)人化、遙控制、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的目標(biāo)靠近。但他又有：太復(fù)雜、多變化、因素多、風(fēng)險(xiǎn)大等不利因素。據(jù)悉我國(guó)目前已經(jīng)有幾十座礦山提出了自動(dòng)化、智能化、 無(wú)人化等不同思路的礦山采掘目標(biāo)，已經(jīng)列入國(guó)家重點(diǎn)開(kāi)發(fā)研制進(jìn)程。自然鉆井技術(shù)也不能落后，5G 時(shí)代必將迫使鉆進(jìn)全過(guò)程智能信息綜合集成系統(tǒng)的研究，總體結(jié)構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)技術(shù)路線，最終智能化鉆井必定可以實(shí)現(xiàn)。

(2)超硬材料應(yīng)用要求的提高

總結(jié)鉆探技術(shù)的發(fā)展：應(yīng)該說(shuō)是多樣性、復(fù)雜性、變異性、困難性。既要上天，又要入地；既要吃軟，又要克堅(jiān)；既要上山，又要下海。所以歸納超硬材料今后主要的攻關(guān)點(diǎn)是：

a)耐高溫：隨著井深增加，地下溫度越來(lái)越高，一般來(lái)說(shuō)：每深入地下100m,提高4℃，1 萬(wàn)米就 400℃，3 萬(wàn)米，怎么辦？當(dāng)年美國(guó)和蘇聯(lián)都是打到12000多米就停止了。說(shuō)明萬(wàn)米以上的鉆進(jìn)困難是非常之大的。 我國(guó)既然決定向這個(gè)方向開(kāi)展工作，就是地球科學(xué)進(jìn)入到新的階段，我們需要對(duì)地球科學(xué)有新的認(rèn)識(shí)的必要。特別是地球的成因、古代地球變遷、古地質(zhì)構(gòu)造，古氣候變異，古生物群系等等，其科研價(jià)值非常高、就要克服一切困難，即便困難再大，也應(yīng)集中精力去奪取得勝利！

過(guò)去，我們研究金剛石鉆頭及鉆進(jìn)，都是比較孤立的、單一的方法。研制金剛石的，只會(huì)從金剛石的原材料、合成塊的組裝，合成工藝、提純分選工藝方面做工作，很少?gòu)慕饎偸谱縻@頭方面去考慮問(wèn)題，而對(duì)鉆探工作較少過(guò)問(wèn)；同樣，使用鉆頭的也只是從他的本專(zhuān)業(yè)來(lái)考慮問(wèn)題。而這樣復(fù)雜的鉆進(jìn)，就要多學(xué)科，綜合實(shí)力強(qiáng)才能較好地解決問(wèn)題。這無(wú)形中就帶來(lái)很多困難。

b)高溫耐磨：高溫下耐磨性多數(shù)材料都會(huì)下降，金剛石也同樣會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似情況，怎么辦？那么研究更好的耐高溫金剛石的問(wèn)題就一定會(huì)擺在生產(chǎn)金剛石的單位面前。美國(guó)以前曾經(jīng)研制過(guò)耐1000℃的金剛石，其牌號(hào)為：SDT100ST ，這是G.E公司最后的耐高溫金剛石了。但因?yàn)楹髞?lái)低溫粘劑的出現(xiàn)，如湖南富櫳新材料有限公司研制發(fā)明了納米尺寸蜂窩結(jié)構(gòu)的代鈷預(yù)合金粉末，使合成溫度大幅下降，最高燒結(jié)溫度僅為760℃，所以后來(lái)對(duì)高溫金剛石研究就頗少了。所以高溫下仍然有較好的耐磨金剛石也一定會(huì)提到議事日程上來(lái)。

c)長(zhǎng)壽命：井深了，鉆進(jìn)輔助時(shí)間增長(zhǎng)，也就是提升鉆探或下降鉆具時(shí)間會(huì)增長(zhǎng)，特別是深孔鉆進(jìn)，越深其輔助時(shí)間會(huì)越長(zhǎng)，我國(guó) 5000 多米的科學(xué)鉆就打了好幾年才完工。鉆進(jìn)效率下降，成本上升，這是鉆探最忌諱的事，怎么辦？ 其中一個(gè)方法就是提高鉆頭壽命，盡量做到少提鉆，以提高純鉆時(shí)間！鉆探工作者都希望鉆頭壽命越長(zhǎng)越好，但實(shí)際上這是困難的。但我們能不能每個(gè)鉆頭都達(dá)到200～300米？這樣的鉆頭不是沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)，歷史資料表明全國(guó)最高單個(gè)鉆頭壽命曾達(dá)千米以上，本人所在單位也曾有單個(gè)鉆頭壽命最高達(dá)658米的紀(jì)錄。年產(chǎn)數(shù)千個(gè)鉆頭，年達(dá)百米以上的鉆頭也有數(shù)十個(gè)，占1%～1.5%。但真正的長(zhǎng)壽命鉆頭還是不多的，所以我們希望盡最大努力來(lái)實(shí)現(xiàn)理想的200～300米的指標(biāo)。

當(dāng)然僅全靠金剛石是不行的！我們需要從金剛石→金剛石鉆頭的優(yōu)質(zhì)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)→金剛石鉆進(jìn)工藝的全面優(yōu)化、綜合技術(shù)及其理論的全面提升。

d)耐沖擊：在超深孔鉆進(jìn)中，有的層段是比較清晰的，這時(shí)就需要快速通過(guò)。就目前所知金剛石沖擊齒(球)是方案之一，但在深孔中能否全面達(dá)到要求有待驗(yàn)證，因?yàn)榇朔N方案，整體來(lái)說(shuō)研究不多，實(shí)踐較少，還有必要做一些早期工作。

這里我們僅對(duì)相關(guān)問(wèn)題提出了若干思路，真正全面開(kāi)始工作，肯定還會(huì)有新的問(wèn)題等待我們?nèi)ソ鉀Q。希望同仁共同努力，把鉆探工程中的所需作為重要的聚焦點(diǎn)，作為研究目標(biāo)，提前布局。

(3)其他技術(shù)

要完成超硬材料鉆探技術(shù)全面提升，其他技術(shù)也應(yīng)該全面提高。這里井下可視，隨機(jī)檢測(cè)，物探跟蹤，快速分析等等不一一細(xì)述。只就碳纖維鉆桿略作探討，碳纖維做成鉆具的確是非常具有優(yōu)勢(shì)的，首先是重量輕，碳的理論密度和假密度只有合金鋼的1/3.5左右，這可大大減輕鉆探工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度；同時(shí)，碳纖維的鋼性、抗彎性、裂變性、扭矩性、韌性等均優(yōu)于普通合金鋼。其唯一不足的是耐磨性稍差，價(jià)格目前尚貴。這完全可以采用金剛石噴涂技術(shù)和非金屬鍍覆技術(shù)來(lái)解決；目前只有美、日等國(guó)可以批量生產(chǎn)，有的技術(shù)還處于保密階段。但據(jù)知我國(guó)已經(jīng)有5個(gè)公司在試產(chǎn)，隨著國(guó)外開(kāi)放力度的加大，國(guó)家對(duì)新技術(shù)的支持，解決這些問(wèn)題將指日可待。

5 結(jié)論

(1)鉆探是人類(lèi)為了獲得豐富資源的非常重要手段。鉆探行業(yè)經(jīng)常說(shuō)：以鉆探量獲得礦產(chǎn)量，事實(shí)如此。并說(shuō)：鉆探是“吹糠見(jiàn)米”的工作。多種科學(xué)方法找礦，最后只有鉆探才可獲得真正的礦產(chǎn)量。而我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的勢(shì)頭不減，對(duì)資源供應(yīng)需求量越來(lái)越大，鉆探就是這一資源的保證。金剛石鉆探已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，可全方位滿(mǎn)足要求。

(2)鉆探經(jīng)過(guò)了非常艱苦的發(fā)展經(jīng)歷，從鑿到鉆，鉆則由鐵砂→鋼粒→硬質(zhì)合金→金剛石等不同的磨料階段。只是在金剛石鉆探進(jìn)入探工界，鉆探技術(shù)才真正進(jìn)入快車(chē)道的發(fā)展進(jìn)程中。過(guò)去，現(xiàn)在，將來(lái)都不會(huì)改變這一事實(shí)。現(xiàn)在鉆探的確有些新技術(shù)涌現(xiàn)，譬如等離子體快速 碎巖等高效技術(shù)，但他們要推廣到應(yīng)用還會(huì)要相當(dāng)?shù)臅r(shí)間。所以最基礎(chǔ)的還是多種類(lèi)型的超硬材料，特別是金剛石及其派生產(chǎn)品。

(3)今后，鉆探行業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)超硬材料將不斷會(huì)有新的要求，如更加耐高溫、更加耐高速磨削、更加鋒利、更加堅(jiān)韌、更加高效等，只有達(dá)到這些要求，才能更好滿(mǎn)足金剛石鉆探的廣泛用途。時(shí)代在進(jìn)步，作為鉆探的應(yīng)用面也隨之領(lǐng)域在擴(kuò)展。必須按“遠(yuǎn)、中、近”三個(gè)層次劃分， 對(duì)前瞻性項(xiàng)目，要超前 10 年以上開(kāi)始組織，長(zhǎng)期攻關(guān)。對(duì)其所使用的超硬材料也應(yīng)該隨技術(shù)要求提高，拿出新產(chǎn)品，以滿(mǎn)足技術(shù)和市場(chǎng)的需要。[5]

(4)5G 時(shí)代的到來(lái)，這是一場(chǎng)深刻的工業(yè)革命，對(duì)金剛石行業(yè)也一定會(huì)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。 都不可避免要涉及其中，與其被動(dòng)裹挾，不如主動(dòng)出擊，迎戰(zhàn)。我們要認(rèn)識(shí)鉆探技術(shù)的多樣性、復(fù)雜性、變異性、困難性。既要上天，又要入地；既要吃軟，又要克堅(jiān)；既要上山，又要下海；不僅是綠海，更要向藍(lán)海(深海)挺進(jìn)。所以歸納超硬材料今后的主要攻關(guān)點(diǎn)是：耐高溫、高溫耐磨、長(zhǎng)壽命、耐沖擊，等等。

(5)加強(qiáng)超硬材料基礎(chǔ)理論研究和前沿技術(shù)，儲(chǔ)備技術(shù)的研發(fā)，這是一項(xiàng)必須常抓不懈， 孜孜以求的工作。為我國(guó)石油、地質(zhì)、天然氣水合物、頁(yè)巖油氣、干熱巖等多領(lǐng)域鉆探的可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐，顯得尤為重要。要早布局，早研究，才不至于造成不必要的被動(dòng)。

(6)綜合新技術(shù)的應(yīng)用也是不可少的重要環(huán)節(jié)。