地质钻探技术的应用与探讨

摘 要随着我国地质勘察、探矿和建设事业的快速发展，钻探技术与工艺装备都有了长足的进步，涉及领域广泛，有些已经达到国际先进水平。但目前对于钻探技术的选择存在一定理解上的误区，本文通过对目前比较成熟的钻探技术方法详细介绍，对各自的工作原理进行了分析，探讨了各种钻探技术的优缺点和适用范围，为科学合理的选择钻探技术，提高钻探作业效率提供帮助。

关键词地质钻探；技术特点；应用分析

中图分类号P6文献标识码A文章编号1673-9671-(2012)041-0182-02

我国是一个矿产资源十分丰富的国家，资源种类齐全、蕴藏量丰富，但是探矿、钻探技术发展较晚，与国外先进国家相比还有很大差距。但是随着国家不断建设发展，对矿产资源的需求量不断增加，钻探技术伴随着地质探矿、勘察事业的发展而不断进步。目前我国钻探技术已经迈入世界先进水平行列，具体表现在广泛的应用领域、工艺技术以及装备方面，加上我国岩土、地质勘察行业的蓬勃发展也从侧面反映了我国地质钻探技术水平的提高。不同的钻探技术领域有着针对性的技术、工艺和装备，本文详细介绍了目前较为成熟的地质钻探技术，对各自的优缺点和适用范围进行了详细的分析研究，为地质钻探的合理选择提供参考。

1地质钻探技术分析

地质钻探技术是向地下钻孔破碎孔底岩石的方法及钻进工艺的总称，它是一种获取地下实物资料、验证地下岩土层材料信息、计算储量、评估矿石品位的重要技术手段。不同的钻探目的要求不同的技术装备和工艺。我国钻探技术和装备水平得到飞速发展，大量的人力物力资金的投入，使得我国钻探技术有了一定的技术体系，绳索取心钻探技术、液动潜孔锤钻探技术、反循环钻探技术、组合钻探工艺、定向对接井技术、新型节水钻探工艺以及新型冲洗液技术得到了进一步的完善和发展。

1.1绳索取心钻探技术

绳索取心是一种不需要提取钻杆而将岩心取出的钻探技术，只是当钻头出现问题需要检查或更换的情况下才提升钻杆。核心部分就是当岩心管内装满了岩矿心时，或者发生阻塞时，借助专门的打捞提升工具，在钻杆内部就将岩矿心提取出来，而不需要把钻杆柱都提升出来。

1.2液动潜孔锤钻探技术

我国是该技术研究和应用方面做的最好的国家之一，液动潜孔锤钻探是建立在回转钻探的基础上，利用冲洗液驱动液动潜孔锤，液动潜孔锤再将受到的具有一定冲击力的能量传递给钻头，钻头来破岩。其中冲洗液是由现场配套的泥浆泵进行配送，液动潜孔锤在钻杆和钻头之间，随钻头的深入而潜入，对钻头不断实践有节奏的冲击负荷。

1.3反循环钻探技术

该方法分为空气反循环和水力反循环两种，不同之处在于循环介质的不同。空气反循环是以压缩空气作为循环介质，通过双壁钻杆的外管将压缩空气送至孔底，空气膨胀提供冲击力驱动孔底潜孔锤作用在岩石上，而空气作用后经过双壁钻杆的中心通道返回地表，同时还夹带着岩屑，以此岩屑作为地质钻探取样的样本进行化验分析。

水力反循环连续取心钻探技术是以清水或泥浆作为循环介质，循环方式和空气反循环一致，也是利用双壁钻杆将液体介质经管环隙输送到孔底，取心钻头得到的是柱状岩心，将其经内管中心通道携带至地表。

1.4组合钻探工艺

顾名思义，组合钻探技术就是将绳索取心钻探技术和反循环连续取心、取样技术的优势充分结合起来的一种综合地质钻探方法，融合了各种钻探技术的优点，扬长避短。

2地质钻探技术优缺点及适用性分析

2.1绳索取心钻探技术

1）优缺点分析。该技术是目前使用比例最高的一种钻探技术，取心质量高、钻进深度低。它能够提高钻探的效率，减少钻具的在升降过程中的辅助时间，增加纯钻进时间；出现堵塞问题时，可以随时打捞，为减少了钻杆工具与矿心的磨损，减少了矿石的脱落，取心率较高；减少了频繁的升降、卸钻头带来的磨损，延长钻头的使用时间；不用频繁的提升钻杆，减少了工作人员的劳动强度；频繁的提升也会带来能量燃料上的消耗，以及冲洗液对孔壁的冲击，这种钻探技术就是减少提升次数来降低能耗，保护孔内安全。

2）适用情况。该钻探技术优点多，适用范围也比较广泛，基本上涵盖了各个专业领域：工程地质钻探、固体矿产钻探、石油天然气钻探、水域钻探、坑道钻探、冰层、地热钻探、科学深孔钻探等。相信随着地质勘探事业的发展，该钻探技术的将不断伸入到各个领域。

2.2液动潜孔锤钻探技术

1）优缺点。液动潜孔锤钻探是对常规回转钻探的革新，在冲击和回转力的共同作用下，能够大幅提高硬岩的钻进效率，减轻了井孔的倾斜度，降低打孔成本。其最大的优势就是较好地利用了坚硬岩石的脆性大、抗剪强度低的特点，坚硬岩石、复杂地层的钻探、钻孔质量差的问题都可以通过利用该钻探技术来解决。

2）适用情况分析。该钻探技术适用于坚硬岩层、脆性较大的地层的地质钻探，使用时由于是高频振动，设备的紧固需要注意，液压泥浆的质量好坏决定液动锤的磨损大小，影响使用寿命，泥浆要性好、含砂量低、粘稠度低。从小口径的岩心钻探正在向水文水井、锚固施工、水下爆破等领域发展。其不足和有待发展之处就是在高强工作条件下的潜孔锤的使用寿命、工作性能与牙轮钻头的合理匹配等方面。目前该液动锤已广泛应用与地质、石油、化工、金属矿山、水电建材等领域。

2.3反循环钻探技术

1）优缺点。空气反循环钻探取样这种方法的钻探效率高、成本低廉、劳动强度低、判断岩层变化及时、适合干旱缺水地区钻探等优点，但是岩样的确定以岩屑为评判标准就显得不是很合理，不能够真实反映地层的结构和存在的一些构造缺陷，在某些对这样地质钻探要求的情况下还不能满足。

水力反循环的取心钻探技术由于是取到较为完整的岩块，取心质量好，对岩层的判断准确、时间利用率高、劳动强度低。但是其效率和钻进速度没有空气反循环连续取样的方法高，耗能也比较大。

2）适用情况。反循环钻探技术适用于地质勘探取样工程，除此之外还可用于水文水井的勘察与施工、松软易塌陷地层中的爆破孔成孔以及复杂地层中的注浆、锚固施工，这些适用工程都是充分利用双壁钻杆的隔空性能，来判断孔底情况、提高装药率和顺利成孔。

大层次范围上讲，该技术在固体矿产勘探中适用外，还在石油物探爆破、工程地质施工、地质灾害治理等领域特别干旱地区的钻探施工有着广泛的应用前景。

2.4组合钻探工艺

1）优缺点。该技术是研发融合空气反循环、水力反循环和绳索取心三种钻探技术优点的双壁钻杆、钻具和相应的施工方法、施工工艺。它能够根据地质钻探要求、地层情况，简单的组合，充分发挥各种钻探技术的优势，提高综合钻探效率，降低成本，减少不必要的额外劳动。

2）适用情况。组合钻探工艺的适用范围、条件情况融合了三种技术的条件范围，其中的空气反循环连续取样钻探技术适合干旱缺水或无水区、取心困难的复杂地层的地质勘探、取样钻探施工。水力反循环适用于完整岩层的钻探施工。对于更深地层的取样工程，绳索取心钻探技术可以满足地质取样的要求。

3其他工艺技术

除了上述四种较广泛成熟的技术工艺以外，还有一些新工艺、新材料、新材料的研究和应用。新型节水钻探工艺是专门针对干旱地区、浅部地区无水而深部有水的地区，研究的节水钻探技术。 在新钻头研发方面，采用超声波电镀技术制造金刚石钻头的新方法，生产效率得到提高、钻头的寿命也得到了提高，钻进速度比普通电镀钻头提高20%以上。冲洗液在绳索取心双壁钻杆内壁结垢的严重问题也随着新型冲洗液处理剂的研发得到解决，能够有效的保护钻具、提高其使用寿命。新的泥浆材料、泥浆体系也广泛应用于地质探矿、水资源钻探等领域。

4结束语

地质钻探技术是一门复杂、繁琐的工艺，涉及领域广泛。在日趋紧张的资源开采情况下，我国地质钻探技术的发展给资源开发、缓解资源紧张带来的压力提供了帮助。地质钻探技术新工艺的研发和不断完善的技术体系，是经济发展的重要组成部分。大力发展地质钻探技术，相关专业人员要在不断的钻探工作中积累经验教训，从矛盾中得到解决问题的办法和思路，为提高地质钻探技术和研发新技术材料提供帮助。

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作者简介

焦德全（1965―），男，辽宁鞍山人，本科，工程师，研究方向：岩土施工。