钻探工程施工技术工艺研究及注意事项

王金明

（甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000）

在地质勘探的过程中钻探工程对勘探的效率和质量有着非常重要的影响，其在地质勘探的过程中发挥着无可替代的作用。地质勘探工作展开的环境通常比较恶劣，存在着一定的风险，其对勘探工作的展开和勘探工作人员的安全都带来了一定的威胁。钻探施工是地质勘探的过程中风险较大的勘测技术手段之一，为保证地质勘测的质量和效率，以及参与地质勘测中人员的安全，需要在钻探施工开始之前对其有一个充分全面的认识，在施工的过程中做好相关的管理和监督工作，保证钻探工作的顺利进行。

1 钻探工程

钻探工程是指依据相关的技术要求和规范，从地表向地壳内部钻孔并按照相关的要求从地壳内部取出地质样品，通过对样品进行分析进而了解地质情况的一种地质勘探技术。随着钻探技术在使用过程中表现出诸多的优异性，其在其他的工程项目建设的过程中也得到了广泛的应用。现阶段将工程建设过程中为满足特定的需求而向地表以下挖掘通道的工程泛称为钻探工程。文章主要研究地质勘探过程中采用的钻探工程技术。钻探工程是在地下一定的深度进行施工，因此其施工作业的环境通常都比较复杂，且存在较大的施工难度和施工危险性，这几个方面的因素导致了在钻探施工的过程中对施工技术的要求较高。钻探工程施工设备对整个钻探工程的质量和效率具有决定性的作用。钻探技术经过多年的发展已经形成了成熟的理论和技术体系，在不同的地质环境中可以采用不同的钻探技术，以此有效提升整体的钻探的质量和效率。具体实施时，相关技术人员要依据施工现场的实际环境选择适宜的钻探设备和钻探方式。

2 钻探设备

现阶段在钻探施工的过程中使用的钻探设备主要由钻头、钻杆、冲洗液和钢管4个部分组成。

2.1 钻头

在进行钻探施工的过程中需要根据施工环境中的实际地质条件选择适宜的钻头。决定钻头的主要因素是岩石硬度。不同的钻探深度岩石的硬度存在一定的差异，因此需要在钻探的过程中实时检测岩石硬度并及时根据岩石的硬度变化选择适宜的钻头。现阶段在钻探施工中使用的钻头主要分为3种类型：金刚石类钻头、硬质合金类钻头、钢粒类钻头。不同类型的钻头适宜不同的岩石硬度，其中金刚石钻头通常被用来对最坚硬的岩石进行钻探。就钻头的使用范围而言，金刚石钻头是最为广泛的，主要原因是其在钻探的过程中进尺速度快、钻探可靠性高。

2.2 钻杆

钻杆通常都是钢材，其横截面形状一般为圆形，直径在40～50mm。在实际施工的过程中通常选用的钻杆长度在4.5～6.0m。钻杆的作用是带动钻头进行转动，钻杆与钻头的连接方式主有两2种：一是焊接，二是螺纹丝扣连接。螺纹丝扣连接由于易于进行钻杆和钻头的更换而在实践中得到了更为广泛的应用。

2.3 冲洗液

在进行钻探作业的过程中，钻头会与地层岩石发生剧烈的摩擦进而升温导致工作效率降低，甚至对钻头及相关的部件造成一定的损伤，因此在钻探施工的过程中需要采用清洗液。清洗液的配方需要根据施工环境中的具体需要进行配置。在工程实践的过程中已经形成了针对流沙地层、泥岩地层等常见地层的清洗液配方，极大地简化了相关的工作。

2.4 钢管

钢管的作用是对已经钻探成功的钻孔壁进行一定的支撑，在实践的过程中这一设备还有其他的名称，但是其发挥的作用是一致的，即有效防止钻孔壁在钻探的过程中出现坍塌等地质危害，影响钻探工作的进一步展开。

3 钻探方法

钻探这一技术在实践中有着长久的发展历程，现阶段已经形成了3种比较成熟的钻探方法，在地质勘探的过程中可以根据自身的实际需要和地质环境的特点选择恰当的钻探方式进而有效提升钻探施工的效率。

3.1 回转钻探

采用这种钻探模式进行钻探作业时，钻头的钻进模式有两种：一是环状钻进模式，二是全面钻进模式。这种钻探方式的优点是非常便于取样工作的展开。在钻探的过程中，当钻头的钻进模式为环状钻进时就可以进行取样作业；当钻头的钻进模式为全面钻进时，钻进的轨道为一螺旋曲线，不适宜进行地质样品的提取。

3.2 冲击钻探

这种钻进方式主要应用在对硬度较高的岩层和土层进行钻探作业中。其优点是能够有效克服地质条件硬度大对钻探工作带来的不利影响，极大提升钻探作业的施工效率。在实际施工的过程中通常是借助钻机提供的冲击力实现对地层的切削进而实现钻探的目的。

3.3 振动钻探

振动钻探的钻探深度一般较小，其通常只适应于硬度较小的地质环境中，但是其施工过程简单、施工成本较低、工作效率较高，适宜于地质勘探过程中的检测科研性钻探作业。

4 钻探工程施工工艺

4.1 钻孔结构

现阶段在地质勘探的过程中使用范围最广的钻探设备是金刚石钻机，在地质勘探的过程中由于其目的通常是取得一定的样品，因此采用的钻机口径都较小。小口径金刚石在实际应用的过程中其钻孔的结构应尽可能简单，在钻探施工之前需要进行周密的计划，尽可能避免换径。现阶段在钻探施工的过程中钻孔深度通常较大，因此在制定钻探施工的方案时需要重视钻具的材质和地质变化对钻探施工带来的一系列影响。在钻探工程开始之前应该明确钻进工程可能的最大钻进深度，并以此来选择合适的钻进初始口径，避免在后期的钻进过程中由于口径的选择不当影响钻进的效率和质量。如果钻探设备中的钻杆外径同钻孔壁之间的间隙过小会导致清洗液上返速度慢，无法及时有效地清除在钻探的过程中产生的渣土，有可能造成烧埋钻头和钻杆折断的现象，进而严重影响钻探施工进度，甚至带来生产安全事故。因此在进行钻探作业的过程中需要慎重选择钻口口径，可以在相关参考资料的基础上增大一道两径，以此来保证钻探施工的安全和效率。

4.2 钻具级配

在进行钻探作业的过程中钻具的级配主要指2个方面：一是根据钻探的深度确定钻探口径的大小，二是钻杆同钻头之间的搭配。在进行钻探深度和钻口口径的级配时，应尽可能扩大钻口的直径，为后续钻探施工计划的变更留出足够的变更余量。在进行钻杆和钻头的搭配时，应尽可能使钻杆的直径大于钻头的直径。在进行钻具级配的过程中，要尽可能提升钻具的扭矩力，缩小钻具同孔壁之间的摩擦力。此外，也需要考虑到钻孔内部发生常见事故的处理以及对常见钻探故障的防范。

4.3 钻进参数

钻探施工的过程中钻进参数是指钻探设备在工作的过程中可以调节的各项参数，其主要指钻机压力、钻头转速、泵压、泵率以及其他不同地质环境中的一些参数。在进行钻探施工的过程中钻进参数的设置发挥着非常重要的作用，其在一定程度上直接影响了钻探工作的质量和效率。在实际的钻探施工的过程中影响钻探参数的因素非常多，且各个因素之间呈现了一定的关联性。钻探施工人员在进行钻探之前需要将可能影响钻探参数的各个因素进行全面的汇总并深入分析，以此制定恰当的钻进参数，提升钻探作业的经济性。

5 钻探施工注意事项

5.1 上部地层钻探注意事项

不同地区的地层都有着自身的特殊性，在上部地层进行钻探时应该尽可能避免在地层的空洞区进行钻探，避免将钻孔设置在岩石层地质环境中，防止发生整体性破坏事故。在进行钻探施工之前，需要对待钻探区域的整体地质构造情况有一个深入全面的了解并以此制订一份系统全面的钻探施工计划，在地质环境极为恶劣的情况下进行钻探时应采用两路钢管的施工工艺。在钻探施工的过程中要就实际钻探情况同前期研究的理论进行对证，当钻探实际情况同前期理论研究结论偏差过大时，应暂停钻探，深入研究造成这一现状的原因，在采取一定的措施之后再恢复钻探施工。

5.2 坍塌严重孔壁中钻探注意事项

由于地质构造的复杂性在钻探过程中不可能避免地会面临在坍塌严重的孔壁中进行钻探施工作业的情况。在这种环境中进行钻探作业时，需要对钻进参数进行有效的控制。通常在这种环境中进行钻探作业时需要降低钻探压力和钻探速度，尽可能减小钻探工作对孔壁带来的影响，以此来增强孔壁的稳定性。在极端情况下应对孔壁进行技术性处理以达到继续钻探的相关要求，如果孔壁坍塌情况无法得到有效的控制，应该更换钻探位置，重新开始施工，避免在不满足施工条件的环境下进行施工进而造成严重的钻探生产安全事故。

5.3 地层倾角较大区域钻探注意事项

在钻探施工的过程中遭遇地层倾角较大的环境时，钻探施工操作不当会导致严重的坍塌问题。因此，在面对这种地质环境时应采用全孔灌浆的方式保证孔壁的稳定性。同时，面对此种地质环境进行钻探时要对相关的钻进参数进行调整，选择适宜的钻进速度，避免在钻探的过程中出现钻探事故。

6 抱钻现象

在钻探施工的过程中最常见的问题就是出现抱钻现象，导致这种现象的主要原因是钻头进入地质倾角较大的区域，钻头的运动导致地质层结构发生剧烈破碎引起了周边地质结构的坍塌。避免出现这种情况的有效措施是采用冲孔再加尺的钻探方法，还需要在钻探的过程中保证泥浆循环正常。

7 结束语

随着时间的推移，我国钻探行业得到了极大的发展，并在很大程度上满足了相关市场对资源的需求。不过，在部分施工单位的运转过程中，由于其自身经济实力较弱，无法及时更换钻探设备，导致实际钻探过程中出现设备损坏等问题，为了解决这些问题，相关人员需要加强现代先进技术与设备的应用，并结合单位自身实际情况，严格遵守有关部门的规定与标准，加强钻探工作的了解，提高钻探工作的水平与质量，进而促进我国社会整体的进一步发展。