随着经济社会发展和科学技术进步，人类探寻矿产资源的脚步向地球深部不断延伸。而要实现对深部矿体的精细探测，就要解决一系列重大技术难题，为优质、高效地实施钻探工程提供先进的技术装备与工艺。
　　中国地质调查局勘探技术研究所带队开展的《2000米以内全液压地质岩芯钻探装备及关键器具》项目，建立起我国2000米以内地质岩芯钻探技术体系，使我国由全液压岩芯钻机、高性能绳索钻杆进口国一跃成为出口国。
　　在1月8日举行的2015年度国家科学技术奖励大会上，勘探所所长、《2000米以内全液压地质岩芯钻探装备及关键器具》项目负责人张金昌，代表研究团队领取了国家科学技术进步二等奖的证书。
　　深部找矿钻探技术亟待破题
　　近年来，我国矿产资源勘查面临大量找矿难题。我国大部分金属矿山500米深度以下地质构造环境复杂，新区、老矿山深部和各类隐伏矿区的探矿难度增大。成矿预测、钻孔选址、复杂地层与深部连续取芯亟待破题，急需运用先进的、高效地成矿理论和勘查技术方法指导。
　　钻探，是目前深部地下信息推断与解释的唯一验证手段，也是最终圈定矿体、计算储量、评估矿体品位唯一的技术手段。如何研发先进实用的深孔、超深孔岩芯钻机？如何突破大深度软硬交互、复杂破碎地层连续取芯的钻进技术和工艺？这些，都是实现深部找矿突破亟待解决的重大科技难题。
　　上世纪八九十年代西方发达国家就完成了从立轴式钻机到全液压动力头钻机的更新换代，绳索取芯钻进技术得以普遍应用。而我国，在本世纪初，对新工艺技术适应性差的立轴钻机还在普遍使用，新一代全液压动力头钻机需要花重金进口；国产绳索取芯钻杆由于管材质量问题只能满足1000米以内钻进，且钻杆折断事故频发；钻探器具也相对落后，硬岩地层钻进效率低；事故处理工具简单，复杂孔内事故处理能力差，常常导致整个钻孔报废。这种落后局面，严重制约了我国深部地质勘探工作的发展。
　　针对我国地质岩芯钻探技术与装备的落后状况，由中国地质调查局勘探技术研究所张金昌教授级高级工程师牵头，联合北京天和众邦勘探技术股份有限公司、无锡钻探工具厂有限公司、浙江新纪元管业科技有限公司、唐山市金石超硬材料有限公司、苏州市苏新探矿工具厂5家单位，自1999年开始历时15年，在国家支撑计划、“863”计划、地质大调查专项等科技项目支持下，对全液压岩芯钻机及地质岩芯钻探关键器具进行了全面技术攻关。
　　科研团队先后研制了系列全液压岩芯钻机、高强度钻探管材和绳索取芯钻杆、高效液动锤、新型事故处理工具等关键技术装备，突破了严重制约我国地质勘探工作发展的技术瓶颈，建立起我国2000米以内地质岩芯钻探技术体系，近3年获得直接经济效益16.69亿元，完成钻探工程量超1000万米，创间接经济效益超50亿元，使我国钻探技术向前跨越了一大步。
　　自主研发实现五方面技术创新
　　项目研制的全液压岩芯钻机已形成YDX、CSD两个系列，共20余个型号，拥有多项技术专利，钻进深度300-2000米，具有长行程给进、机械化程度高、无塔升降钻具、安全性好、运移方便等优点，通过无级调速、无级调节扭矩、配以不同的功能模块，可适应当前以金刚石绳索取芯钻进为主体的多种高效钻进工艺。因钻探效率高、人工操作劳动强度低、适宜实现多种钻探工艺等优点，使得全液压动力头驱动式岩芯钻机颇受钻探市场的青睐。
　　针对深部钻探过程中频发的钻杆折断事故，成功开发了2000米以上大深度高强度绳索取芯钻杆用管材——XJY850冷拔管材，机械性能比我国长期使用的45MnMoB(DZ60)地质管提高了44%以上，生产成本却仅为进口同钢级产品价格的50%。
　　在此基础上，成功研制的大深度小直径薄壁绳索取芯钻杆，完成了高强度绳索取芯钻杆螺纹副和杆体结构优化，完善了钻杆热处理工艺、钻杆量产制造工艺，使得钻杆强度高，耐磨性、密封性明显改善，价格仅为进口产品的40%左右，大大降低了钻探施工成本。除此之外，该钻杆管材的几何尺寸、机械性能均达到国际先进水平，使我国钻杆在连接方式上与国际接轨，改变了我国绳索取芯钻杆品种单一、钢级偏低的现状。
　　项目研制的高效系列液动潜孔锤，目前已成为国内市场全面规模化应用的液动锤产品，配套容易、维护方便、工作寿命长、稳定性高、工艺适应性好。经180余万米的钻探实践证明，与常规回转钻进相比：时效可提高30%～360%、回次进尺可提高18%～200%、取芯率可提高10%、钻头寿命可提高30%～80%、生产成本降低15%以上，并可明显改善钻孔弯曲状况，从而在国内外率先实现了该技术的实用化和产业化，多次创造了液动冲击回转钻进技术的世界纪录，最深应用深度超过4000米。
　　此外，项目组还研制了系列地质岩芯钻探事故处理工具，利用打捞、震击、切割、套取、磨铣等方法，处理卡钻、埋钻、烧钻、断钻、跑钻等各种复杂孔内事故，改变了目前处理孔内事故处理工具简单，处理方法单一，处理效果差的局面，大幅度提高了对各类复杂孔内事故的处理能力。
　　项目组还组织行业内的钻具研究机构和制造企业，系统研究了国内外地质岩芯钻探钻具的最新研究成果和应用现状，制定1项国家标准《地质岩芯钻探钻具》和2项行业标准《地质岩芯钻探金刚石钻头》、《地质岩芯钻探金刚石扩孔器》，填补了我国没有地质岩芯钻探钻具国家标准有效实施的空白。
　　占领全国全液压钻机七成市场份额
　　YDX、CSD两个系列的全液压岩芯钻机一问世，便迅速在全国的地矿、煤炭、核工业、冶金、有色、武警黄金、化工等行业得到了广泛应用，占领了我国全液压地质钻机70%的市场份额。
　　2009年8月1日~2010年4月11日，在全国危机矿山找矿项目支持下，勘探所联合山东正元地质勘查院烟台分院采用项目研制的全套设备——YDX-5型全液压岩芯钻机、由XJY-850高钢级精密冷拔无缝合金管材制成的NQ高强度加强型绳索取芯钻杆、NQ绳索取芯液动潜孔锤等设备与器具，在山东省乳山市下初镇金青顶金矿区，完成了一个顶角80°、终孔口径φ77毫米、终孔孔深2212.8米的生产勘探孔，为山东金洲矿业集团下一步的深部找矿提供了地质资料。
　　2010年8月~2012年底，贵州省地矿局102地质大队采用CSD1800X型全液压岩米钻机在遵义锰矿整装勘查项目中开展钻探施工，完成最大深度为1691.33米、终孔口径φ75毫米的钻孔，单机总进尺为12804.66米，实现产值896万元。
　　值得一提的是，该系列钻机不仅彻底打破了国外全液压钻机在国内的市场垄断地位，打造了我国钻机的民族品牌，而且出口到6大洲20多个国家，提升了我国钻机的国际市场地位和知名度。
　　由XJY850高钢级精密冷拔地质钢管制造的钻杆产品，在国内广泛应用于复杂地层和大深度钻孔，不仅替代了国外钻杆，而且还制造成Q系列钻杆销往东南亚、西亚以及澳洲和南美洲地区。
　　项目研制的系列液动潜孔锤，目前已广泛应用于国内地质钻探、水文水井钻探、基础施工以及国家重点科学钻探工程等领域，覆盖地质、煤炭、建筑、核工业、石油、冶金、有色等各勘查领域。其产品纳入省级地勘局政府采购中，部分产品随我国施工队伍在国外钻探工程中使用，成为我国近年来钻探技术发展和应用的技术热点，2011年被科技部等四部委授予国家重点新产品称号。
　　针对深部地质岩芯钻探现实要求和未来发展需要，项目组今后将重点研发超过3000米的特深孔用地质钻探装备，加强钻探智能化专家系统和软件开发，研制自动化、智能化和安全、节能的钻探技术装备。同时，通过优化环空水力通道、完善钻柱合理口径系列，攻克合金钢管材服役极限、提高钻柱强度和密封性能等关键技术，开发适于特深孔应用的小直径绳索取芯钻杆，进一步推进钻杆自动化制造技术。此外，还将研究高地温、高地应力环境下的孔底动力碎岩技术，开发大冲击能量的液动锤产品，扩大技术应用领域。