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摘要：随着我国社会的迅速发展以及经济的增长，在地质工程中，智能钻进作为智能岩土整体工程的根源所在，不仅决定着岩土工程的施工，同时在很大程度上还能推动我国地质工程的发展。在此，本文针对岩土工程智能钻进中的关键技术，做以下论述。
关键词：岩土工程；智能钻进；关键技术
在我国土木、建筑、矿业以及油气等工业领域的施工中，都离不开对岩层的合理评价。而确定完善的施工方式，是确保施工质量的基本途径，钻勘通常是掌握岩土地层物理力学参数最直接、最可靠的方法。传统的钻勘方法在钻孔的过程中，往往会经历一些列的现场土工试验、取样、编录以及岩层性能鉴定等途径，这种途径在很大程度上具备工程量大、周期长、耗资大等特点，因而很难满足人们的日常工作需求。在整个岩土勘探中，钻孔勘探费用一般占整个工程建设费用的15%一28%。所以，岩土工程中钻孔勘探仍然是一项非常繁巨的工作。随着科学技术的迅速发展，一种新型的智能化钻进技术产生并投入使用。在此，本文从智能钻进关键技术以及主要技术瓶颈等两方面出发，针对岩土工程智能钻进关键技术，做以下简要分析。
一．智能钻进关键技术
随着我国社会的迅速发展，智能钻进技术在我国地质工程中起着关键作用。而针对智能钻进关键技术中的相关内容，具体分析如下：
（一）智能钻进技术基本原理
智能钻进系统主要包括动力输送系统、钻机运行诊断系统、随钻测量系统、信息传输系统、数据分析系统，其中动力输送系统需要满足随钻测量系统钻头运转、测量与信息传输系统的动力需求，随钻测量系统需要安装声波、中子—密度、核磁共振、钻孔倾角、工具面角、地层电阻率、钻头钻数、孔底地温、钻头应变等探头和传感器，需要结合钻勘实际需要有针对性的安装，通常传感器的数量能够达到数十个，信息传输系统将孔底传感器收集、测量的信息借助信号线实时传输到数据分析系统，数据分析系统包括计算机、绘图仪、监视器以及打印机等若干终端构成，并连入信息处理中心，从而实时获得随钻采集、处理的地层剖面等准确的、完整的资料。 智能钻进系统的原理在于在钻头附近和钻头内部等部位安装测量系统，利用传感器技术对钻进强度、钻孔岩性、钻头位置、钻孔房屋、岩石硬度等情况进行实时监测，以获得地层的岩石分级等数据和钻孔轨迹等信息，对地层进行准确、实时的评判，通过对钻机状态的诊断、控制和调节，实现测量采集、诊断决策、执行的连续重复过程，从而实现智能钻进的目标。
（二）钻孔过程监测技术
仪器钻进系统技术(instrumented drilling sys-tern，IDS)是智能钻进技术的雏形。ENPASOL，PAPERO，Kajima，KYPC、HDK及DA．TA—sENTRY等仪器钻进系统在钻孔过程中实现了对钻机工作参数及钻进参数如施加在钻具上的压力、钻具转速、扭矩以及钻头位移等的自动监测并用于简单地层的判层。至于以往的IDS，钻孔过程监测系统(drilling process monitoring，DPM)的主要进展在于建立了大样本、复杂非线性图形的相似性识别理论，解决了钻进参数中大样本数据间的相关性分析问题。一种基于钻进参数及能量的实时可钻性分级方法、多峰非线性图形的斜率搜索识别以及未知类及分类数的地层聚类判别方法已经建立起来。
（三）钻头定位与导航技术
在岩土工程智能钻进技术中，钻头定位是整个智能技术的核心，而在整个智能钻进技术中，其钻头一般由三维空间坐标以及方位角组成，同时也是整个岩土钻进技术的核心所在。在上个世纪八十年代末，人们在岩土工程智能钻进技术研究的过程中，通常采用3轴磁力计和3向加速度计为基础实现钻头导航。针对地球磁力以及加速度则采用惯性测量单元对其进行记录。在整个运行过程中，这些零件通常安装在底部的装配器中。在启用的过程中，BHA一般处于静止状态，而磁力计以及加速度计则分别测量三个正角方向，同时通过大地重力对加速度的倾力角进行精确计算。
二．主要技术瓶颈
在岩土智能钻进关键技术中，针对技术瓶颈，本文主要从智能钻杆与信号传输、孔内地层力学实时测试、孔内岩性实时识别等三个方面出发进行论述，具体分析如下：
（一）智能钻杆与信号传输
感应法传输虽已成功实现商业化，但由于钻进中联线复杂，影响钻进过程，加之信号传输和接收受外部电磁场干扰，并未得到普遍推广。硬连接法传输因钻杆之间的联接技术以及信号从旋转钻杆传输到地面信息中心的有线传输技术尚未解决，还未能取得成功的商业应用。
（二）孔内地层力学实时测试
在岩土等地质工程中，施工人员要想从根本上确保所得岩土数据的准确性，就必须在原有的基础上对岩土层进行相应的物理研究及地层的整体性能进行分析评价。而这些就要求相关人员在研究的过程中，能够使用钻进技术中的相关内容对地层力学特性进行相应的测试，以便从根本上确保地层的力学准确度。在整个测试过程中，基于地层应力波的逐渐衰减及弥散，技术人员在分析总结的过程中，所得出的数据在很大程度上存在一定的不准确性，因而在施工的过程中极其容易发生安全事故。而石英晶体压电应变计与高强铝合金粘弹性杆的组合，结合波形整形技术，可以确保低阻抗低强度样本的应力平衡和均匀变形，可有效地解决软材料弱信号的测量问题。但目前在实时监测中在技术上还难以实施。由此就需要相关部门的工作人员能够加强对这方面的研究，使其在今后的岩土工程中发挥出应有的作用。
（三）孔内岩性实时识别
在孔内岩石性能识别的过程中，工作人员一般使用γ射线对其进行计数，因而在很大程度上在策略孔内岩石的性能时，通常使用闪烁晶体做传感器。在测量的过程中，每一条γ射线都能在很大程度上引发晶体发射大量的可见光光子，这些可见光光子能够通过光电放大管转变为电脉冲。在很大程度上，钻进技术中的γ射线探测器在工作的过程中会受到强烈的冲击与振动，容易导致探测器所得出的结论与实际情况存在较大的误差。由此可见，在岩土工程智能钻进关键技术研究的过程中，提高闪烁晶体机械支持部位的刚性，不仅能从根本上提高岩土工程的探测质量，同时还能使其在运行的过程中不产生相应的振动数据，确保探测质量。
總结：
综上所述，智能钻进技术在我国社会发展的过程中有着极其重要的作用，在推动我国地质工程发展的同时，还在很大程度上影响着我国各个行业的进步。由此就需要相关人员能够从智能钻进技术中的相关环节出发，针对其存在的问题及时的采取措施，在保障智能钻进技术顺利使用的同时，还能为我国今后地质行业的发展奠定结实的基础。
参考文献：
[1] 谭卓英,蔡美峰,岳中琦,谭国焕,李焯芬.基于岩石可钻性指标的地层界面识别理论与方法[J].北京科技大学学报，2006,(09) .
[2] 谭卓英,蔡美峰,岳中琦,谭国焕,李焯芬. 基于岩石可钻性指标的地层界面识别理论与方法[J]. 北京科技大学学报, 2006,(09) .
[3] 史晓亮,段隆臣,王蕾,汤凤林,陈小松.微钻法进行岩石可钻性分级[J].金刚石与磨料磨具工程, 2002,(03) .
[4] 谭卓英,岳中琦,蔡美峰.风化花岗岩地层旋转钻进中的能量分析[J].岩石力学与工程学报, 2007,(03) .
[5] 谭卓英,王思敬,蔡美峰.岩土工程界面识别中的地层判别分类方法研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2008,(02) .
关键词：岩土工程；智能钻进；关键技术
在我国土木、建筑、矿业以及油气等工业领域的施工中，都离不开对岩层的合理评价。而确定完善的施工方式，是确保施工质量的基本途径，钻勘通常是掌握岩土地层物理力学参数最直接、最可靠的方法。传统的钻勘方法在钻孔的过程中，往往会经历一些列的现场土工试验、取样、编录以及岩层性能鉴定等途径，这种途径在很大程度上具备工程量大、周期长、耗资大等特点，因而很难满足人们的日常工作需求。在整个岩土勘探中，钻孔勘探费用一般占整个工程建设费用的15%一28%。所以，岩土工程中钻孔勘探仍然是一项非常繁巨的工作。随着科学技术的迅速发展，一种新型的智能化钻进技术产生并投入使用。在此，本文从智能钻进关键技术以及主要技术瓶颈等两方面出发，针对岩土工程智能钻进关键技术，做以下简要分析。
一．智能钻进关键技术
随着我国社会的迅速发展，智能钻进技术在我国地质工程中起着关键作用。而针对智能钻进关键技术中的相关内容，具体分析如下：
（一）智能钻进技术基本原理
智能钻进系统主要包括动力输送系统、钻机运行诊断系统、随钻测量系统、信息传输系统、数据分析系统，其中动力输送系统需要满足随钻测量系统钻头运转、测量与信息传输系统的动力需求，随钻测量系统需要安装声波、中子—密度、核磁共振、钻孔倾角、工具面角、地层电阻率、钻头钻数、孔底地温、钻头应变等探头和传感器，需要结合钻勘实际需要有针对性的安装，通常传感器的数量能够达到数十个，信息传输系统将孔底传感器收集、测量的信息借助信号线实时传输到数据分析系统，数据分析系统包括计算机、绘图仪、监视器以及打印机等若干终端构成，并连入信息处理中心，从而实时获得随钻采集、处理的地层剖面等准确的、完整的资料。 智能钻进系统的原理在于在钻头附近和钻头内部等部位安装测量系统，利用传感器技术对钻进强度、钻孔岩性、钻头位置、钻孔房屋、岩石硬度等情况进行实时监测，以获得地层的岩石分级等数据和钻孔轨迹等信息，对地层进行准确、实时的评判，通过对钻机状态的诊断、控制和调节，实现测量采集、诊断决策、执行的连续重复过程，从而实现智能钻进的目标。
（二）钻孔过程监测技术
仪器钻进系统技术(instrumented drilling sys-tern，IDS)是智能钻进技术的雏形。ENPASOL，PAPERO，Kajima，KYPC、HDK及DA．TA—sENTRY等仪器钻进系统在钻孔过程中实现了对钻机工作参数及钻进参数如施加在钻具上的压力、钻具转速、扭矩以及钻头位移等的自动监测并用于简单地层的判层。至于以往的IDS，钻孔过程监测系统(drilling process monitoring，DPM)的主要进展在于建立了大样本、复杂非线性图形的相似性识别理论，解决了钻进参数中大样本数据间的相关性分析问题。一种基于钻进参数及能量的实时可钻性分级方法、多峰非线性图形的斜率搜索识别以及未知类及分类数的地层聚类判别方法已经建立起来。
（三）钻头定位与导航技术
在岩土工程智能钻进技术中，钻头定位是整个智能技术的核心，而在整个智能钻进技术中，其钻头一般由三维空间坐标以及方位角组成，同时也是整个岩土钻进技术的核心所在。在上个世纪八十年代末，人们在岩土工程智能钻进技术研究的过程中，通常采用3轴磁力计和3向加速度计为基础实现钻头导航。针对地球磁力以及加速度则采用惯性测量单元对其进行记录。在整个运行过程中，这些零件通常安装在底部的装配器中。在启用的过程中，BHA一般处于静止状态，而磁力计以及加速度计则分别测量三个正角方向，同时通过大地重力对加速度的倾力角进行精确计算。
二．主要技术瓶颈
在岩土智能钻进关键技术中，针对技术瓶颈，本文主要从智能钻杆与信号传输、孔内地层力学实时测试、孔内岩性实时识别等三个方面出发进行论述，具体分析如下：
（一）智能钻杆与信号传输
感应法传输虽已成功实现商业化，但由于钻进中联线复杂，影响钻进过程，加之信号传输和接收受外部电磁场干扰，并未得到普遍推广。硬连接法传输因钻杆之间的联接技术以及信号从旋转钻杆传输到地面信息中心的有线传输技术尚未解决，还未能取得成功的商业应用。
（二）孔内地层力学实时测试
在岩土等地质工程中，施工人员要想从根本上确保所得岩土数据的准确性，就必须在原有的基础上对岩土层进行相应的物理研究及地层的整体性能进行分析评价。而这些就要求相关人员在研究的过程中，能够使用钻进技术中的相关内容对地层力学特性进行相应的测试，以便从根本上确保地层的力学准确度。在整个测试过程中，基于地层应力波的逐渐衰减及弥散，技术人员在分析总结的过程中，所得出的数据在很大程度上存在一定的不准确性，因而在施工的过程中极其容易发生安全事故。而石英晶体压电应变计与高强铝合金粘弹性杆的组合，结合波形整形技术，可以确保低阻抗低强度样本的应力平衡和均匀变形，可有效地解决软材料弱信号的测量问题。但目前在实时监测中在技术上还难以实施。由此就需要相关部门的工作人员能够加强对这方面的研究，使其在今后的岩土工程中发挥出应有的作用。
（三）孔内岩性实时识别
在孔内岩石性能识别的过程中，工作人员一般使用γ射线对其进行计数，因而在很大程度上在策略孔内岩石的性能时，通常使用闪烁晶体做传感器。在测量的过程中，每一条γ射线都能在很大程度上引发晶体发射大量的可见光光子，这些可见光光子能够通过光电放大管转变为电脉冲。在很大程度上，钻进技术中的γ射线探测器在工作的过程中会受到强烈的冲击与振动，容易导致探测器所得出的结论与实际情况存在较大的误差。由此可见，在岩土工程智能钻进关键技术研究的过程中，提高闪烁晶体机械支持部位的刚性，不仅能从根本上提高岩土工程的探测质量，同时还能使其在运行的过程中不产生相应的振动数据，确保探测质量。
總结：
综上所述，智能钻进技术在我国社会发展的过程中有着极其重要的作用，在推动我国地质工程发展的同时，还在很大程度上影响着我国各个行业的进步。由此就需要相关人员能够从智能钻进技术中的相关环节出发，针对其存在的问题及时的采取措施，在保障智能钻进技术顺利使用的同时，还能为我国今后地质行业的发展奠定结实的基础。
参考文献：
[1] 谭卓英,蔡美峰,岳中琦,谭国焕,李焯芬.基于岩石可钻性指标的地层界面识别理论与方法[J].北京科技大学学报，2006,(09) .
[2] 谭卓英,蔡美峰,岳中琦,谭国焕,李焯芬. 基于岩石可钻性指标的地层界面识别理论与方法[J]. 北京科技大学学报, 2006,(09) .
[3] 史晓亮,段隆臣,王蕾,汤凤林,陈小松.微钻法进行岩石可钻性分级[J].金刚石与磨料磨具工程, 2002,(03) .
[4] 谭卓英,岳中琦,蔡美峰.风化花岗岩地层旋转钻进中的能量分析[J].岩石力学与工程学报, 2007,(03) .
[5] 谭卓英,王思敬,蔡美峰.岩土工程界面识别中的地层判别分类方法研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2008,(02) .