浅谈我国水文地质钻探的发展前景

李习文，唐翠青，邢状，张士友，孟志豪，孟庆杰

(中国地质调查局海口海洋地质调查中心，海口 570100)

0 引言

我国的水文地质钻探技术相对于西方国家起步较晚，西方国家经过多年的技术沉淀，目前已具有了较先进的水文地质钻探技术。

近年来，随着我国科技的快速发展，水文地质钻探技术也取得了较快发展。虽然相较于世界先进水平还有一定的差距，但我国水文地质钻探技术已在很多领域得到推广应用，并取得了较突出的社会效益和经济效益。为了更深入地研究分析我国水文地质钻探技术的发展现状，并对该技术的发展前景方向进行分析，从而不断推动该领域新技术、新工艺的革新和发展[1]。

1 发展现状概述

目前，水文地质钻探技术是进行地下资源调查非常重要的一种手段。由于全球范围内可使用的淡水资源已经越来越少，水资源的缺乏不仅影响着人民群众的基础生存，还会影响国民经济的长期发展，因此寻找更多可利用的淡水资源迫在眉睫。

水文地质勘查在探测地下水资源方面具有很大的优势，也逐渐在世界范围内得到广泛应用[2]。我国的水文地质勘探工作从20世纪50年代开始受到关注，相比苏联、美国以及其他发达国家，我国水文地质勘探工作的特点是起步晚、发展迅速。20世纪50年代后，随着水文地质的普查渗透大江南北，水文地质钻探在水文地质普查探测中发挥了重要的作用。水文地质钻探技术不仅能够寻找水资源，还对地下石油资源的勘探起到很好地推进作用。

2 基本方法

2.1 钻探工艺

水文地质钻探工艺经历了不同的发展阶段。首先是冲击钻进法，该方法以无循环静液柱护壁，冲击钻进为主，其中冲击钻进又分为钻杆冲击钻进和钢丝绳冲击钻进。常用的钢丝绳冲击钻进是借助于一定重量的钻头，在一定的高度内周期性的冲击井底，使地层破碎而进尺，在每次冲击之后，钻头或抽筒在钢丝绳带动下回转一定的角度，从而使钻孔得到规则的圆形断面。该法钻进卵砾石层和致密的基岩层效果较好，在第四纪地层中钻进多使用工字形钻头和抽筒式钻头，在基岩层中多使用十字形钻头和圆形钻头[3]。

在冲击钻进后出现了回转钻进法，该方法采用清水或普通泥浆进行正循环回转钻进。回转钻进法是由动力装置带动钻机回转装置转动，再由其带动钻杆和钻头，由钻头切削地层。根据泥浆循环方式的不同，分为正循环回转钻进法和反循环回转钻进法。正循环钻进法是由转盘或动力头驱动钻杆回转，钻头切削地层而获得进尺，冲洗液由泥浆泵送出，经过提引水龙头和钻杆流至孔底冷却钻头后，由钻杆与孔壁之间的环状间隙返出井口，同时将孔底的岩屑带出，用这种方法钻进砂土、黏土、砂等地层效率较高[3]。在第四纪地层中全面钻进多使用鱼尾钻头、三翼刮刀钻头和牙轮钻头，在基岩层取心钻进多使用岩心管取心合金钻头和钢粒钻头，全面钻进多使用牙轮钻头。反循环钻进法适于在卵石、砾石、砂、土等地层钻进大直径钻孔，具有钻进效率高、成本低等优点[4]。

之后出现了低固相优质泥浆正循环回转钻进、泵吸反循环和气举反循环回转钻进。气举反循环又称压气反循环，其基本原理是将压缩空气通过供气管路送至井内的气水混合室，使压缩空气与钻杆内腔的泥浆混合，形成重度小于9.8 kN/m3的三相混合液，在钻杆外环空间水柱压力作用下，使钻杆内三相混合液向上涌出地面，将钻渣排出孔外，形成反循环。

随着技术发展，多工艺空气钻进开始出现，钻孔中以压缩空气或含有压缩空气的气液混合物作冲洗介质，或用压缩空气既作破岩机具的动力，又兼作冲洗介质的一种新钻进技术方法。

2.2 设备现状

目前水文地质钻探中已经逐渐淘汰了早期的岩心钻探设备，取而代之的是一批国内外钻探能力更先进的水文地质钻探设备，例如美国生产的T4W和T3W，德国生产的B3A，法国生产的R28，国产的DPP-100型、SPJ-300型、SPJT-300型、SPS-400型和SPS-600型钻探设备[5]。

2.3 系列管材

早期使用的管材十分笨重，如水泥管、铸铁管及厚钢管等，由于管材重量大、成本较高，并且钻探过程中使用不方便，所以逐渐被一些较轻便的管材替代，如塑料管道、玻璃钢管、贴砾滤水管以及桥式镀锌滤水管等。

3 发展方向

3.1 液动冲击回转钻探技术

液动冲击回转钻探技术使得冲洗液能够得到更加强效地驱动[8]。除此之外，在使用这种技术的过程中也能较大地提高潜孔锤的频率和工作效率。

3.2 绳索取心钻探技术

绳索取心钻探技术是一种较新的钻探工艺，它可以减少钻探过程中提钻的次数，从而提高工作效率，降低劳动强度。这种技术的应用范围非常广泛，具有较强的适应性，在各种不同的地质情况下，也可以较好地被使用[6-7]，因此这项技术在未来具有非常好的应用前景，也是最有可能被广泛应用的一种钻探技术。

3.3 空气钻探技术

空气钻探技术一般采用压缩空气作为介质，利用空气对钻孔进行清洗，同时还为孔底碎岩提供能量，从而使得整个钻探工作变得较轻松，在保护储层(地层)的同时还大大提升了钻速及工作效率。

4 发展前景

随着我国科技水平以及工业化发展迅速，钻探机械设备的技术也要随之进步，不能成为限制行业发展的因素。在钻探设备发展的同时，钻探技术也需要改革和创新，在我国经济建设正处在上升的关键时期，资源的消耗逐年增加，随着钻探深度的增大，地质条件也会更加复杂，因此，相关人员需要着手研究针对更高要求、更高质量的钻探技术。

随着我国对自然资源的重视程度的增高，地下水资源的开发利用和保护也得到更多的关注，尤其2021年9月15日《地下水管理条例》颁布以来，人们对地下水资源的关注度进一步提高[10]。水文地质钻探在地下水勘探开发进程中有广阔的应用前景，也为我国生态文明建设发挥很大的作用。理论的创新推动技术的进步，技术的进步带动钻探设备和方法的提升，为此相关从业者就必须更好地学习水文地质知识，对国家已完成的钻探区域进行更深入的调研，对我国水文地质钻探的相关技术有更加深入的了解。只有不断加强我国地质勘探技术和相关设备的研发和创新，才能够使我国钻探工程事业健康快速发展。

5 结语

通过对目前我国水文地质钻探的现状进行较为详细的介绍和分析，对我国目前所使用的各种水文地质钻探技术的发展进行了展望，进而使相关研究人员进一步明确了我国水文地质钻探技术未来改进和发展的方向[9]。这些发展方向也正是由我国广泛应用的新技术所逐渐开拓出来的，通过我国的众多水文地质钻探研究及工作人员的共同努力，才能更好地促进我国水文地质勘探技术的发展，为国民经济建设提供更好的服务。