地质钻探工艺技术初步研究

【摘 要】本文讨论了地质钻探技术的现状及发展前景，对钻探技术、工具等进行了分析，提出并分析了不同的钻探工艺。

【关键词】地质钻探；技术；设备

钻探是一种极具挑战的勘探技术。经过几十年的探索发展，我国在钻探技术方法、钻探设备的生产制造、和专业人才的培养等方面都取得了巨大的成就。下面，我们就钻探的类型以及其主要设备、工艺技术、发展前景、专业人才培养等方面来详细讨论。

一、钻探类型概述

钻探是利用钻机设备从地表向地下钻孔，满足所要的工程施工要求。从钻探的目的可分为:地质钻探、地热钻探、工程勘察钻探、水文水井钻探、石油钻探、文物勘察钻探等等。拿地质钻探来说，它从不同深度的钻孔中取得岩心或者矿样进行研究分析，判定地层地质的作业情况。

二、钻探设备研究

我国的钻探设备经过了几十年的探索更新，已经由笨重型、手把式操作，发展到轻巧、拆装方便、液压操作；由单一品种的钻机，发展到多品种多用途的钻机。虽然钻机的品种繁多，但总的来说钻机可分为三类：立轴式钻机、转盘式钻机和动力头（顶驱）式钻机。

1.立轴式钻机

立轴式钻机是用立轴来驱动钻杆的回转，并且辅以机械或液压来给进。立轴式钻机具有运行可靠高、功能齐全、解体性好、结构简单、运行维修方便等特点。

2.转盘钻机

这种钻机的特点是有转盘，通常利用自身重量来加压并且辅以液压给进。这种钻机的口径比较大、转速比较低、转矩比较大，常用于大口径硬合金岩心钻探、水文水井钻探中。

3.动力头钻机

这种钻机主要是全液压动力头，以液压马达来驱动转轴回转，液压油缸或油缸与链条倍速机构联合给进。它具有转速高、运转平稳、无级调速调压、给进行程长、机械化、自动化程度高、过载保护好等优点。

总之，就目前我国的国情，三类钻机各有优势，油压式立轴钻机在地质钻探、工程勘察领域是主力设备，但功能还需进一步改进，努力方向有两点，其一:增加功率，向强力钻进发展，以提高效率、降低成本;其二:增加功能，如增加双卡盘不停钻倒杆机构，实现长行连续给进。转盘式钻机在岩土钻桩，岩土施工方向占有统治地位;全液压顶驱式钻机是钻机的发展方向，随着改革开放和引进技术的深入，随着国内技术水平的提高，液压元件的质量和品种会有长足的进步，这无疑将促进全液压顶驱式钻机的发展，加上研制单位设计制造水平的提高，全液压顶驱式未来必将成为我国主要的钻探设备。

三、钻探工艺技术

钻探工艺和钻进方法有很多种，在我国主要有以下几种比较成熟的工艺：

1.金刚石钻进

金刚石是世界上最硬的物资，用它作为切削工具或磨料来进行钻进，具有装备轻、钻孔质量好、劳动强度低、钻进效率高、孔内事故少、成本低和应用范围广等优点。目前钻头种类有天然金刚石表镶钻头、人造金刚石孕镶钻头、聚晶（PCD）钻头和复合片（DDC）钻头等。我国应用的较多的主要是人造金刚石孕镶钻头。钻头制造工艺有热压法、低温电镀法、无压真空烧结法、冷压浸渍法。

2.绳索取心钻进

绳索取心钻进是一种最新开发取心方法，是在回次终了，岩心装满岩心管时，不像往常一样把全套钻杆都提升起来，而是采用带绳索的打捞器把取心管从钻杆中提出来，等岩心取出来后，再把它从钻杆中放到孔底。如今，绳索取芯钻探技术是最好钻探技术方法，它综合了各种地质的效果。我国目前还只是部分采用绳索取芯钻探技术，在很多地方还没有推广应用。绳索取芯的缺点是钻杆的可靠性低以及其使用寿命短。目前可通过提高材质质量及性能和改变钻杆接头的结构参数来解决绳索取芯钻杆寿命及可靠性的问题。

3.冲击回转钻进

冲击回转钻进指的是在回转钻进的条件下加入一个冲击器（也称潜孔锤），用来提高钻进效率，它可分为气动冲击钻进和液动冲击钻进两种。冲击回转钻进有很多优点，如它可防止岩心堵塞、减少钻孔弯曲、提高钻进效率（特别硬岩中效果更明显）、减少原材料消耗、提高钻探质量、降低钻探成本等。

4.定向钻进

定向钻进指的是在一定的地质与技术条件下，利用钻孔自然弯曲的规律或者采用人工制造斜度，使钻孔向事先设计的方向和倾角弯曲。定向钻探技术具有加快钻进速度、提高钻探质量、节约钻探成本、减少钻探工程量等优点。定向钻主要用于深部隐状矿床和陡斜矿体的勘察；地形限制的特种孔的施工和工程施工；强造斜钻孔超斜的纠正中。

5.多工艺空气钻进

空气钻进原来是指用空气替代水作为冲洗介质来冲洗的一种钻进方法。后来又增加了泥浆、泡沫等作为介质。广义上的多工艺空气钻进可以用于干旱缺水地区，它可以用空气或者泥浆代替水作为介质钻进，空气潜孔锤钻进，气举反循环钻进，充气或泡沫泥浆钻进，双壁钻杆反循环中心取样（心）钻进，含常规潜孔锤、贯通式反循环潜孔锤、取心钻进潜孔锤、潜孔锤跟管钻进等方法。

四、地质钻探技术的发展趋势

钻探技术是融合了多门科学的一种技术，现代信息技术尤其是三维信息技术在钻探领域中的广泛有效的应用，快速有效的对物、地、遥、化等海量的数据信息进行集成处理，并不断的提高数据处理的准确度和精确度，从而使地质钻探、靶区圈定、找矿预测等更加准确。应用先进的数据分析、管理和建模系统对勘查所获得的大量不同数据信息进行整理分析，并且形象的表现在图表上。以后钻探专业的发展将主要要依赖电子计算机信息技术。

五、结束语

钻探技术包含地质学、地球物理学、地球化学、勘探工程学等，其中各个学科需要彼此互相帮助、互相依靠。面对当前矿产勘查的大好发展趋势，最缺乏、最关键的是专业技术人才。在今后一段很长时期内，对专业技术人才的迫切需求将是全球矿产勘查市场的一个重要特征。因此，地质专业人才的培养应成为我国高等教育的一个重要发展方向和战略，从而为我国矿产勘查事业的大发展提供可靠的人才保证。

参考文献

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