工程地质勘察中钻探技术

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[摘 要]鉴于地质钻探技术对人类的生产生活发挥着重要的影响,提高地质钻探技术的水平能够有效的实现对不可再生资源的有效利用,从而缓解当今全球面临的资源短缺的危机.随着各种开采技术的不断发展,对地质工作提出了新的要求,相信在今后很长一段时间内地质钻探技术的研究都是热点话题.本文作者结合多年来的工作经验,对工程地质勘察中钻探技术进行了研究,具有重要的参考意义.

[关 键 词]地质调查钻探技术矿产资源发展

[中图分类号]U442.2[文献码]B[文章编号]1000-405X（2014）-8-155-1

经济的快速发展使得地下矿产资源的消耗日益增多,矿产资源的供给在一定程度上制约了经济的发展,因此就要求不断地发掘新矿体.地下找矿工作离不开钻探技术,钻探的核心设备是钻机.在探矿工作中,钻机是带动钻具向地下钻进,获取实物地质资料的机械设备.又可以称为钻探机,主要作用是带动钻具破碎孔底岩石,可以控制钻具的下入或者提出状态,一般用于钻取岩心、矿心、岩屑、气态样、液态样等,以研究地下地质和矿产资源等情况.根据岩土钻掘工程的目的与施工对象的不同,可以将钻机分为岩心钻机、石油钻机、水文地质调查与水井钻机、工程地质勘查钻机、坑道钻机及工程施工钻机等.当前,我国一些经济较发达地区的矿产资源几乎已经被开采完,因而未来的矿产开采工作必须向更深、地层更复杂的区域发展,这对钻探技术提出了更高的要求.下面笔者结合自身的工作经验,介绍了钻探技术在地质调查中应用的现状以及当前主要使用的钻探技术.

1钻探技术的应用现状

与国外先进技术相比,我国的钻探技术水平相对比较低.钻探施工采取的立轴式钻机大部分是二十世纪八十年代的设计,历史比较悠久.全液压动力头钻机主要是进口的,我国自己发明的也已问世,但是还没有得到广泛的应用.在钻探工艺方面,一些高效的方法没有得到全面的普及,比如金刚石绳索取心钻进方法和不提钻换钻头方法等等.液动锤钻进的方法虽然具有很多的优点,但是在恶劣的泥浆环境下使用时,其寿命会大大降低.空气反循环取样钻进方法不仅效率高,钻探成本也很低,但是由于地质工作者对其认识还不够,实际工作中应用非常少.

总体来说,我国的钻探技术水平不够高,大大影响了地质调查的工作效率.

2钻探技术的介绍

当前使用的主要钻探技术包括反循环钻探技术、绳索取心钻探技术、液动潜孔锤钻探技术以及组合钻探技术等等,下面逐一详细介绍.

2.1反循环钻探技术

反循环钻探技术分为空气反循环和水力反循环两大类.这种分类主要是根据循环的介质不同进行的.水力反循环钻探技术的循环介质是水或者泥浆之类,它的工作原理就是将水或者泥浆传送到孔底,取心钻头就可以得到柱状的岩心,然后取得的岩心就可以随着钻头到达地面.空气反循环钻探技术的工作原理就是双臂钻杆外管将空气输送到孔底,空气到达孔底之后就会产生膨胀,对孔底的潜孔锤会产生一个冲击力,从而潜孔锤就会对孔底的岩石产生剧烈的撞击,使岩石剥落.因此,当钻杆回到地面的时候也会带回一点剥落的岩石,通过对这些岩石的研究,就可以得到想要的资料.这两种技术各有所长,缺点也很明显.通过水力反循环钻探技术得到的岩石相对更加完整,提供的信息资料的可信度高.除此之外,其劳动强度也很低.但是这种技术对与水资源的依赖性较大,且工作效率不够高,钻进的速度也很慢.空气反循环技术的劳动强度也很低,且成本很低,在缺水干旱的区域非常实用.但是通过空气反循环技术获取的岩石只是碎屑,无法准确得反应地层的结构,其代表性不强.无论是那种技术,它们的应用范围都很广,在复杂的或者松软的地层都可以使用.

2.2绳索取心技术

绳索取心技术的特点就在于不需要使用钻杆.只有当钻头需要更换时或者钻头出现了质量问题的时候,才会使用钻杆.绳索取心技术的核心工具有用于堵塞时打捞的工具和装满岩矿心的岩心管.当获取岩心时,钻杆住是不需要提升的.这项技术十分便捷,且其适应性非常强,因而得到了较为广泛的应用.除此之外,通过这种技术取得的岩心质量能够得到保证,能提供较为完整的地层信息.这种技术钻进的深度不大,使得设备的钻进效率大大地提高.在工作时,若遇到了堵塞的问题,打捞工具会及时地解决问题,避免了钻杆工具和矿心之间的摩擦,极大地提高了工作效率.由于这种技术在操作时钻杆的提升次数很少,所以其工作强度比较低,钻头的寿命也大大地延长了.绳索取心技术在钻探地热、天然气、固体矿产以及冰层等领域有着广泛的应用.

2.3液动潜孔锤钻探技术

液动潜孔锤钻探技术在我国的钻探技术中是比较先进的.它的工作原理是用冲洗液带动液动潜孔锤的工作,当冲洗液冲击潜孔锤时,潜孔锤将接收的能量传送给钻头,于是钻头就可以产生有节奏的冲击负荷对岩石进行猛烈的撞击,从而得到岩石的样品.传送冲洗液最好的工具就是泥浆泵.液动潜孔锤钻探技术是在回转钻探技术的基础上发展起来的,在冲击力和回转力的共同作用下,设备的钻进效率很高,打孔的成本也得到了降低.与此同时,液动潜孔锤钻探技术能够充分利用一些硬度大的岩石脆性大、抗剪强度低等特点,有效解决了复杂地位的钻探工作.由于液动潜孔锤钻探技术是一种高频作业,需要不停地撞击,所以对于硬度大、脆性大、抗剪强度低的地质是很适用的.但是,在操作时,一定要注意设备的使用情况,要保证其能正常工作.除此之外,对于液压泥浆的选择一定要慎重,因为泥浆的质量与液动锤的磨损有很大的关系.一般要选择润滑性能好,沙子的含量低且粘度低的泥浆.当液动潜孔锤钻探技术的工作强度很大时,液动锤的使用寿命将无法保证,因此当今研究应着力于提高液动锤的使用寿命.液动潜孔锤钻探技术在水电建材、金属矿山以及石油化工等等领域有着广泛的应用.

2.4组合钻探技术

组合钻探技术,就是指反循环钻探技术、绳索取心钻探技术与液动潜孔锤钻探技术的结合,充分利用这三种技术的优点.由于组合钻探技术有着很多方面的优点,所以使用的范围更广,可以根据地层和地质的钻探要求选择合理的施工技术,大大地降低了劳动强度和成本,使钻探的效率大大地提升.

3结束语

在当前资源矿产比较紧缺的情况下,我们在深入当前已经存在的钻探技术的同时,还应该加大对新的钻探技术的开发.除此之外,要加大对钻探技术的宣传力度,使得相关的工作人员对钻探技能的掌握更加熟练,从根本上提高钻探的效率.