岩心钻探技术研究

■王军山

（新疆地矿局第三地质大队 新疆库尔勒 841000）

岩心钻探技术研究

■王军山

（新疆地矿局第三地质大队 新疆库尔勒 841000）

固体矿产地质勘探常采用的勘探手段。本文通过对不同钻进方法的总结分析，探讨钻进技术的发展趋势。

岩心钻探发展趋势

1 地质岩心钻探技术利用的现状

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。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。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。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 目前使用较多的岩心钻探技术

2.1 反循环连续取岩心钻探技术

目前，世界各国中使用最多、技术水平最高的地质岩心钻探技术是反循环连续取岩心钻探技术。我国对这种技术的研究与应用还没有广泛地推开。随着我国对矿产资源开采、管理制度的不断完善，对外开放的力度越来越大，国外的先进技术理念和技术开发方式，为我国岩心钻探技术的提高提供了广大空间，我们应该积极主动的从他们的施工中去进行学习，从而推动我国岩心钻探技术的进步。

2.2 绳索取心钻探技术

绳索取心钻探技术具有施工劳动强度低、钻进效率高、停钻事故低、钻孔质量优、设备材料消耗低等优点，得到岩土地质勘查及钻探施工技术人员的广泛亲睐。

绳索取心技术施工钻进过程中，钻杆只是外管单动，内管相对静止，这样在钻头钻进过程中不仅可以避免外部冲洗液直接冲刷内部采样岩心，同时还可以避免钻探设备机械力对岩心管内部采样岩心的外力破坏。据实际工作经验可知，采用绳索取心技术其岩心采取率通常可以达到95%以上，从而大大提高了钻探施工岩心采样效率和施工质量。由于绳索取心技术工艺配备了各种数字可视化实时监控装置，能够根据钻进不同工况及时反馈相关数据信息和报警提示，从而可以为施工人员提供准确可靠的数据信息，及时采取相应技术措施，将钻探过程中可能出现的故障排除在萌芽状态。另外绳索取心技术的钻杆和钻具外径间仅差2mm，这样钻杆可以起到全孔护壁的保护作用，从而避免或降低钻杆钻进过程中可能出现的埋钻、夹钻、卡钻等事故的发生，有效提高整个钻进施工综合效率和质量水平。与反循环连续取岩心钻探技术相比，所取得的标本对于研究人员来说更加方便分析。

反循环连续取岩心钻探技术与绳索取心钻探技术是当前全世界钻探行业最普及的两大钻探技术。因此，我国在未来发展规划中，应该将这两大技术结合起来，提高钻探效率，使得我国矿产资源可以得到充分利用。

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 地质钻探技术的发展趋势

从近期来看，加快全液压动力头岩心钻机系列产品及配套设备的开发速度，初步完成在2500m深度左右的新一代地质岩心钻探设备的开发研制，改善一批相对先进钻探技术，并且推广应用其技术；开发新型全液压坑道钻机。通过消化吸收国外的先进技术，开发钻深在300～1000 m范围内的产品系列，填补该类产品的空白，尤其是满足危机矿山接替资源找矿的需要；加快全液压多功能锚固钻机，满足多个领域的需要；加快新型绳索取心钻杆钻具的研制，重点解决高强度地质专用管材来源、螺纹加工及热处理等关键问题。以满足深部找矿的急需。

从中长期来看，加大计算机控制的机、电、液一体化智能钻机的开发力度，形成具有自主知识产权的智能化钻进设备；开发全液压动力头车装水井钻机(井深600～1500 m)及浅层(2000～4000 m)石油钻机，在深度上与石油钻机相衔接,以较低的产品价位进入浅层油气和煤层气开发领域,满足油气资源勘探和地热井施工的需求。

[1]李远龙，贾一凡，史小萌.中国钻探技术发展综述 [J].中国新技术新产品.2010（01）

[2]张金昌.地质岩心钻探技术及其在资源勘探中的应用 [J].探矿工程 （岩土钻掘工程）.2009（08）

[3]程金宏.谈地质钻探技术开发与应用 [J].煤.2010（02）

[4]孙丙伦.深部找矿组合钻探技术研究 [D].吉林大学,2009.

P634[文献码]B

1000-405X（2015）-10-361-1