钻探工程技术的创新与发展研究

[摘要]在现代岩土工程中，钻探是进行地质勘察的重要技术手段，加强技术创新与发展研究具有重要的意义。我国的钻探工程经历了几十年的发展，已经初步形成了一套较为完善的技术体系，但是与国际钻探工程技术标准相比仍然存在一定的差距，这是在今后发展中急需得到解决的关键问题之一本文在对钻探工程技术及分类进行分析的基础上，提出了技术创新和发展的途径，旨在促进我国钻探工程技术迅速与国际接轨，并且形成具有中国特色的技术体系。

[关键词]钻探工程；技术；创新；发展

与传统的钻探工程相比，现代钻探工程呈现出流程复杂、范围广、规模大等特点，对于技术的实际应用也提出了更高的标准和要求。在现代钻探工程中，各类技术的合理应用是地质勘察单位获取第一手地质信息资料的重要手段，也是保证地质工程质量的先决条件。为了进一步提高地质工程的建设质量，实施加强对于钻探技术的创新和发展研究具有重要的作用和意义，必须引起相关部门和勘察单位的高度重视。

一、钻探工程技术概述及分类

钻探工程是一个系统的工程项目，其技术的应用涉及的流程和环节也相对较多，需要由专业的技术人员组织和进行操作。为了满足不同地质条件的钻探要求，地质勘探单位必须配备专业的仪器和设备，而且要掌握先进的工艺和技术，否则极有可能影响到地质工程的整体建设效果。在现代钻探工程中，国内主要使用机械方法进行岩石的破碎，并且根据外力作用的方式和性质，将其划分为：回转钻探、冲击钻探、振动钻探、冲击回转钻探等技术类型，下面对上述技术类型的基本操作原理和方法进行介绍：

(一)回转钻探技术

回转钻探技术是国内钻探工程中应用的主要技术之一，其具有操作简单、安全性高、经济、合理等特点。回转钻探技术的基本操作流程为：使用专业的回转器、转盘、动力头驱动钻杆等设备，常用的钻头分为全面和环状取心两种。在钻探工程中，通过钻头的回转钻进，以及轴向钻头的压力作用，在回转克取岩石的同时，取出岩层中的岩心及因操作排出的岩粉。在完成钻孔操作后，即可进行相关地质勘察工作。在回转钻探技术的应用中，钻头的回转速度应根据钻机的性质、动力而确定，一般情况下石油钻机的最高速度应控制在160转／之min内，而金刚石钻机的最高转速则可以控制在2400转/min之内。

(二)冲击钻探技术

目前，在国内外的钻探工程中，冲击钻探技术的应用历史较长，而且具有技术成熟、工艺先进等特点。冲击钻探技术的基本操作流程为：通过钻杆或钢丝绳的连结，使用一字型、十字型等常规钻头进行岩石的冲击，将钻孔过程中形成的岩粉、岩屑等彻底清除，进而完成钻孔操作。

(三)振动钻探技术

振动钻探技术是一种较为先进的钻探工程技术类型，近几年加拿大地质工程学家对其进行了深入的研究和改造，研制了钻速更高的新型共振钻探法。振动钻探技术的基本操作流程为：在非胶结及松散岩层中，在管柱上部施加足够的压力和振动力，当管柱下沉到一定深度时，向上提出管柱，并且取出岩心，完成钻孔操作。

(四)冲击回转钻探技术

冲击回转钻探技术在应用中发挥了专业钻头冲击和回转切削的作用效果，其基本操作流程为：使用钻杆带动钻头缓慢回转，回转速度应控制在50-60转／min，在轴向钻头的压力作用下，利用钻杆中心气体或液体产生的强大冲击力，以冲击、回转等方式破碎岩石，完成钻孔操作。

二、国内钻探工程技术的创新与发展途径

近年来，在国内钻探工程技术的创新和发展中，适时引入了国外先进的技术标准和工艺体系，而且对于钻探仪器、设备也进行了大规模的改造，钻探技术水平的总体提高是显而易见的。但是由于受到钻探工程单位管理模式、技术水平、工艺标准、操作流程、仪器设备等主客观原因的限制，国内钻探工程的技术应用水平与地质工程先进国家相比仍然存在较大的差距。在国内钻探工程的今后发展中，加强技术创新和发展途经的研究具有重要的意义。

(一)在不同的岩石及施工条件下，制定有针对性的钻探方法

在钻探工程中，由于岩石及施工条件的不同，应选取有针对性的钻探方法，否则难以保证钻探操作的顺利进行。例如：在进行定向钻进、取心钻进、坚硬地层钻进或坑道内钻进时，应采取金刚石钻探方法；在软土层中进行钻探，应采取振动钻、螺旋钻、偏心套管钻进、机械工静力成孔等钻探方法；在中硬或坚硬地层等施工条件下进行钻探时，应采取冲击回转钻探方法。

(二)加强钻头、钻具、钻机的创新研究

在钻探工程中，加强钻头、钻具、钻机等仪器设备的创新研究具有重要的意义。在我国钻探工程中现阶段使用的钻头、钻具、钻机普遍具有易磨损、造价高等缺点，因此，在钻头、钻具、钻机的研究中，不但要提高其整体性能，而且要尽量降低机械和配件的造价。特别是在冻土、海洋、冰川等特殊地质条件的钻探中，一定要研制出高强度、高质量、高效能的钻头、钻具、钻机，例如：绳索取心钻杆、多级伸缩式钻杆、双壁钻杆、金刚石复合片PDC钻头等。

(三)加快技术自主创新的步伐

在我国钻探工程的长期发展中，技术改革与完善中多是采取借鉴外国的先进技术，但是普遍存在自主创新不足的弊端和问题。在今后的钻探工程技术创新中，国内相关研究单位和地质工程单位首先要加强对于现有经验的总结和积累，并且在不断的整理与加工过程中，形成具有自主知识产权的钻探工程技术。同时，在钻探工程技术的自主创新中，还要融合地质学、力学、物理学、化学、声学等学科的基本理论和知识，实现多种技术的综合与创新，并且促进钻探工程技术产业的整体形成与发展。

(四)加强新方法、新技术的应用和推广

在钻探工程新方法、新技术研发成功后，应加大对其宣传和推广力度，并且通过技术培训、现场演示、技术交流等方式，将钻探工程的新方法、新技术传播到国内各家地质工程单位。在钻探工程的长期发展中，技术研发单位应加强与地质工程单位的紧密联系，并且保证新方法、新技术研发与推广工作有计划、有组织的开展。

(五)加强技术标准化的研究

在国内现阶段的钻探工程技术应用中，技术标转化的构建始终处于薄弱环节，这对于技术的创新和发展是极其不利的。虽然国内工程主管部门结合国际钻探标准及管理经验，逐步制定了《金刚石绳索取心钻探钻具设备》、《金刚石岩心钻探钻具设备》的技术标准，但是在具体实施中仍然存在较多的漏洞，因此，在今后的钻探工程技术标准化研究中，一定要联合国土资源管理部、地质工程管理部及地质勘察单位等进行全面的分析，在加强制度化、标准化管理的基础上，逐步实现钻探工程技术标准化体系的构建。

三、结束语

随着我国国民经济和科学技术的不断发展，钻探工程的应用范围将更为广阔，而且在地质工程建设中占据更为重要的地位。特别是在进入21世纪以后，为了进一步加强新型能源的开发与利用，我国家大力对于海洋底部、地球深部、冰川、冰层冻土层的勘探，对于钻探工程技术的创新和发展也提出了更为严格的要求，而且提出了将其逐步纳入地球科学体系的长远发展目标。

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