地质超深钻探技术国家专业实验室

深部地质钻探应用基础理论研究

地质钻探装备与机具研究

地质钻探及环境钻探钻进工艺技术研究

井底动力机具研究

2011年，在地质超深钻探技术国家专业实验室的基础上组建了深部地质钻探技术国土资源部重点实验室，承传中国地质大学（北京）探矿工程学科近60年积累，整合相关学科优势资源，在国土资源部和依托单位的支持下，于2011年通过评审，开始新一轮建设。实验室针对资源与环境中地质钻探技术有关科学与关键技术问题开展系统研究，凝练出深部地质钻探应用基础理论研究、地质钻探装备与机具研究、地质钻探及环境钻探钻进工艺技术研究等三个主要研究方向。

近年来开展“声频振动钻机及钻探技术研究” 、“井下闭环高精度导向钻进技术研究”、“万米深孔高温高压取心涡轮钻具及其应用技术”等国际合作重点项目3项，国家自然科学基金重点项目子课题及青年基金3项，教育部博士点基金、国家国土公益项目、地调项目以及相关科研项目20多项，取得突出的科研成果，在声频振动钻进技术、井下闭环钻井技术、环境钻探技术、智能化自动化钻进技术、页岩气钻探技术等方面形成了鲜明的特色，在本领域具有较大影响力，其中声频振动钻进技术填补国内空白，获2009年国际工业博览会高校展区二等奖，该技术已完成系列研究；研发的系列钻具获得专利10余项，部分已经在现场得到成功应用。

截止到2014年，实验室现有主要研究人员35名：教授18人、副教授11人。拥有王达、张伟等大学科学钻探的专家组成了专家委员会，同时一批探矿工程界的老专家作为学术顾问。实验室与美国休斯顿大学开展国际合作，与俄罗斯开展国际合作项目。实验室在读硕士研究生58人，博士研究生3人。

实验室以国家目标和任务为导向，针对深部矿产资源勘探、地壳探测工程、深部地热资源勘探与开发、非常规油气资源与开发等国家重大工程需求，瞄准国际前沿钻探技术，认真实行“开放、流动、联合、竞争”的运行机制，积极开展国际合作与交流，本着“求真、探索、务实、创新”的精神，努力创建深部地质钻探核心关键技术的开放研究平台、高级人才培养基地和国际合作交流平台。

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主要介绍前苏联、美国、德国、中国等超深孔钻探的情况：

①前苏联。20世纪60年代初，地质学家Н.А.别利亚耶夫斯基等根据深部地球物理资料提出，为获得整个地壳剖面，至少要在6个地区打超深孔。苏联国家科委为统一协调超深孔钻探规划，组建了“地球地下资源研究与超深孔钻探部门科学委员会”。由Е.А.科兹洛夫斯基任主席。有95个生产和科研单位参加。设计施工超深孔约18口。其中СГ－1井设计深度12000米（在乌拉尔的马格尼托哥尔斯克复背斜）;СГ-2井设计深度15000米（阿塞拜疆的萨阿特雷）；СГ－3井设计深度15000米（科拉半岛）。其他15口为6000米左右的卫星井。СГ-3井到1986年3月已达12300米，居世界领先地位。

在超深孔钻探中意外地发现：在7000～8000米深的岩层中，有矿化水和大量温度达 150℃的二氧化碳、氦、氢和碳氢化合物气体；在岩石中还有20亿年前的生物化石；火成岩比预估的要厚得多；预计在4500米左右遇到太古宙岩层，实际上在6800米才遇到；过去认为地震波传播速度突变处就是康拉德面（即地壳花岗岩与深部玄武岩的交界处），物探探测为7000米，而11000米还未遇到。这使水热矿床和油气形成的传统理论遇到挑战。苏联科学家认为，在4700米以下，用折射波识别地震波折射和多种岩石结构的单道地震速率来划分层位是错误的。

②美国。1961年，美国开始实施莫霍计划 （MoholeProject），在加利福尼亚湾外试钻，此后在墨西哥西海岸外钻到玄武岩，因多种原因而中途终止计划执行。1965年，美国组建了"海洋地球深部取样联合机构”（JOIDES），由苏、英、日、联邦德国等参加商定进行“深海钻探计划”。

1968～1983年正式执行“深海钻探计划”，用“格洛玛·挑战者”号钻探船航遍各大洋，在96个航次中共航行60万公里，在624个工作点上钻了1092个钻孔，取岩心近9.8万米，最大工作水深6247米，水下最大钻进深度1412米，钻入玄武岩最深583米，编成的《深海钻探计划初步报告》至1985年已达40多卷，对地球科学、海洋科学做出了巨大贡献。

1974年，美国在俄克拉何马州钻成了罗杰斯1号超深孔，深9583米。1984年 3月，在美国国家科学基金会领导下，由23所大学参加组建了地壳深部观测与取样组织（ECDOSO）。1985年一些科学家提出33份有关科学钻探的建议，分设“大洋钻探计划”（ODP）及“大陆科学钻探计划”（CSDP），这两个计划是相辅相成的，美国大陆共选定井位29处，1986年在索尔顿海的以研究地热为主第一口深孔于3月完工，井底温度高达365℃。

③德国。1985年，联邦德国成立了“大陆深孔钻探”（KTB）组织，在联邦德国科技部（BMFT）领导下，选定两个深孔孔位，代号分别为ENV和ZTT。ENV先导孔于1987年9月18日开钻，孔深达到4000.1米，于1988年4月完成。主孔设计深度为12000米已于1990年9月正式开钻。

④中国。中国开展深部地质学研究已取得一些成果，并参加了“国际岩石圈计划”。1978年为石油勘探钻成一口深7175米的超深井，1988年起已筹办超深孔地质钻探。2001年中国实施大陆科学钻探工程CCSD—l孔，该钻孔于2001年4月18日在江苏省东海县安峰镇毛北村北侧破土动工。2005年3月该井井深达到5158米，孔径256毫米，终孔。投资额1.5亿元，钻探工程将历时5年。2007年，中国成功实施了全球第一口陆相白垩纪科学钻探井松科一井（SK-1），连续获取岩心2485.89米，取心率达96.46%。 。2014年4月13日，松科二井顺利开钻，到2014年8月8日已钻进2826m。“松科二井”将是全球第一口钻穿白垩纪陆相地层的大陆科学钻探井，其设计井深为6400m，为ICDP迄今为止所资助项目之最深科学钻探井，也是我国第一深的科学钻探井。松辽盆地大陆科学钻探工程的实施，将获取大约4500米的关键岩心。它与2007年10月完成的松科一井，将实现“两井四孔、万米连续取心”， 构成全球首个近乎完整的白垩纪陆相沉积记录，从而获取白垩纪时期亚洲东部高分辨率气候环境变化记录 。

⑤其他国家。法国、意大利、捷克和斯洛伐克、罗马尼亚等分别钻了多口超深孔。日本、澳大利亚等国参加了“深海钻探计划”和“大洋钻探计划”。

超深孔钻探与一般的钻探相比，有如下特殊性。①孔位应选在地壳尽可能裸露的结晶岩地区。②要尽量取出全套地层的地下地质实物资料，如岩心、岩屑、侧壁岩样、液态和气态样；进行地球物理测井和采集地球化学信息资料。③为减轻钻探设备的总重量、节约功率总消耗，使用高强度轻合金钻杆;为保持长钻杆柱（3000～15000米）的高度稳定性、预防钻孔弯曲，大量削减起下钻次数，降低非生产时间和劳动强度，要采用与孔底动力机（涡轮钻、螺杆钻、冲击回转钻）结合的绳索取心和孔底换钻头等新技术。④结晶岩坚硬，要研制全新式长寿命金刚石钻头。⑤由于钻探工作是在高温、（150～400℃）、高压（100～150MPa）状态下进行，各类孔底动力机、钻头、测井仪器、电缆等都要提高耐高温、高压的能力，还必须采用抗高温的钻井液材料和处理剂。

超深孔地质钻探主要有以下 7个：①研究深部地质学、实施“国际岩石圈计划”（ILP）的主要手段之一;②探察地壳和上地幔的结构，研究其物质组分和矿产分布规律，研究新的成矿理论；③验证深层地球物探探测资料；④探索地震预报新途径；⑤在火山岩区勘探和开发“干热岩”地热能源；⑥作为地壳深部长期观测孔站，装置仪器长期观测地磁、地电、地应力、地热变化，掌握地壳活动规律，研究岩矿成因、变质作用、物相转化、合成矿物的条件等；⑦作为地壳深部核废料处理场。