地质钻探的技术分析与实际运用

蒙学礼

（广西壮族自治区第四地质队，广西 南宁 530031）

地质钻探技术是地质勘察工作中常用的技术，技术人员研发出了很多新的地质钻探技术，大大提高了钻探效率和取心率，地质钻探技术能够对地质条件比较复杂的区域进行勘探，降低了地质勘察的难度，而且还能保证钻探过程的安全性和勘探结果的准确性，勘察人员应根据实际需求使用合适的地质钻探技术。

1 地质钻探技术分析

1.1 X荧光技术

过去的钻探技术往往是对特定的元素进行分析，有很多伴生元素都会被忽视，X荧光技术解决了这一问题，该技术经常被用在样品分析中，在找矿作业中也发挥着重要的作用。X荧光技术能够准确检测出岩心，还可以分析出井壁的情况，用该技术进行钻探时，要让探头面对需要检测的部位，检测的时间是2分钟。该技术可以对不同的元素进行定性定量分析，还能够确定特定矿产的具体方位，根据检测分析的结果找出存在问题的部位，在隐伏矿体的勘探中具有非常大的优势，当地下岩矿等物质接收到某个波长的光谱后，会快速将元素X特征射线射出去。X荧光技术利用了这一点，通过发射和接收探测地质构造和矿物质，确定岩矿的分布范围和厚度，在岩矿心采取工作中起到了重要的作用。

1.2 反循环连续取样钻探技术

该技术是深部地质找矿工作中经常使用的钻探技术，包含两个类别，根据不同的介质进行划分，一种反循环钻探依靠水力，另一种反循环钻探依靠空气，反循环钻探与正循环刚好相反。当介质穿过钻具环空，就会到达钻孔最低处，接下来依次穿过钻头和钻具，最后反循环回到地面。

两种反循环钻探技术各有优势，对于空气反循环钻探技术来说，该技术对空气压缩技术进行了运用，能够有效压缩空气，这个过程会形成非常大的压强，将其转化为动力后，可以推动潜孔锤，在动力的作用下击碎岩石。一整块岩石变成碎块后，工作人员可以采集岩石样本，根据样本研究内部环境。为了保证研究结果的科学性和全面性，需要对区域进行划分，每个区域都要选取一定数量的样本，对所有岩石样本进行分析，能够掌握特定范围内深层区域的矿产分布情况，为接下来的采矿工作提供准确的参考依据，这个技术具有较强的适应性，在干旱缺水的区域同样能够发挥作用。

对于水力反循环钻探技术来说，往往会在水资源探测工作中运用这一技术，所以该技术并不适合在干旱地区使用。水力反循环技术具有较大的优势，对岩体进行采样时，能够得到相对完整的岩体，有较好的取心效果，能够准确判断出探测区域的岩层情况。

总体来说，要想发挥反循环钻探技术的作用，就必须要对基本的地质情况进行调查和分析，根据地质情况和钻探需求选择相应的技术。

1.3 液动潜孔锤技术

这种钻探技术融合了传统回转钻探技术，在保留回转钻探功能的同时，提高了钻探开采的效率，钻头具有更大的冲击力，是一种新研发出来的钻探开采技术，为了推动潜孔锤，需要使用冲洗液，冲洗液会形成一定的推动力，潜孔锤会在推动力的影响下快速运动，并且将自身的动能集中在钻头上，利用钻头进行破岩。

液动潜孔锤技术对原料有一定的要求，这些原料来源于泥浆泵，泥浆泵能够持续提供原料，为潜孔锤的连续作业提供支持。液动潜孔锤技术可以被应用在不同的工作中，有一些岩石具有较强的脆性，这一技术能够在这种岩石中快速完成钻探工作，大大提高了钻头的岩石钻孔率，有效降低了地质钻探的成本[1]。

1.4 高精度受控定向钻探技术

地质钻探和开采工作很容易受到环境因素和技术因素的影响，为了减弱这些因素的影响，可以结合地质情况合理使用定向钻探技术，该技术非常适合在地质条件较差的环境中使用，工作人员可以根据前期设计的钻探计划进行勘查。定向钻探技术有较多优势和多种功能，如初级、单孔底、空间弯曲等类型的定向孔，定向钻探技术降低了设备和人工的成本，减轻了工作人员的压力。在高精度受控定向钻探技术的应用中，可以在一个主孔内部钻入较多的分孔，分孔的特点非常明显，其轮廓和形状为羽状，与常规的钻孔相比，定向钻探中的主孔和分孔能够更快地探测出地质情况，而且探测的结果更加准确。在定向钻探技术的实际运用中，钻孔会向着特定的目标钻进，让钻孔按照既定的轨迹进行运动，满足高精度钻套的要求。液动螺杆钻是高精度受控定向钻探的重要工具，用液动螺杆钻进行下钻，能够在没有载荷条件的情况下进行钻探。

该技术经常在一些特殊的区域使用，如隧道工程内部区域的勘探，或者在斜坡陡壁区域进行勘探，定向钻探技术能够根据探测结果分析出具体的孔位，钻探技术应用起来比较方便，可以减少钻探作业量和降低钻孔成本。虽然高精度受控定向钻探技术具有较多的优点，但是该技术在深部地质钻探取心工作中很少被使用，这与地下岩体本身的特点有关，岩心的尺寸非常小，该技术无法对这种岩体进行钻取。如果技术人员决定使用高精度受控定向钻探技术，必须要在运用该技术的过程中注意钻探的安全和质量，避免孔内出现问题[2]。

1.5 金刚石绳索取心技术

在煤矿的探测开采工作中，往往会对金刚石绳索取心技术进行运用，该技术具有人工成本低和开采质量高的优点。与其他材料不同，金刚石各方面的性能较好，有着非常高的质量和较长的使用寿命，是地质钻探工作中首选的材料。金刚石钻头有不同的型号和类型，不同尺寸的钻头会使钻探工作呈现出不同的钻探效果，技术人员要根据钻探的需求和地质环境的基本情况选择合适的金刚石钻头，确定金刚石钻头的种类和尺寸。

金刚石绳索取心技术的另一个重要工具就是打捞器，这个工具配有钢丝绳，打捞器能够连接孔内最低处的管，用钢丝绳和打捞器进行打捞，向上拉到地上区域。打捞器不仅能够将堵塞的物质全部清理干净，还能够减少磨损，保证钻杆的性能和质量。

地质队对地质情况进行勘探时，经常会遇到一些难度较大的勘探工作，金刚石绳索取心技术能够在这些地区发挥较大的作用，利用特殊的金刚石材料进行钻探取心，大大提高了钻探取心的效率。金刚石绳索取心技术的工具和操作过程都比较简单，没有复杂的流程，但是金刚石绳索取心技术还存在一定的不足，该技术最大的弊端就是精度较低，无法满足钻探取心工作对精度的要求，所以，技术人员要根据钻探工作的要求选择合适的钻探技术，在一些精度要求较低的工作中使用金刚石绳索取心技术。

1.6 核心导向技术

地质勘探找矿工作中经常会使用核心导向技术，这一技术可以找到钻孔台阶内部岩心的具体方位，还能够反映出准确的岩层走向，地质队工作人员可以利用核心导向技术了解地下岩层的位置和角度，分析出矿物的分布情况和整体走向，根据勘探和分析的结果确定矿物开采方案。各个地区矿产资源的分布情况有非常大的区别，必须要结合矿区的具体情况确定开采方案，在充分掌握矿产资源分布情况的基础上进行开采。

在钻探开采之前，要对钻井的轨迹进行分析，只有确定钻井的位置和轨迹，才能让钻探过程更加高效。如果遇到陡壁，要在该区域引入高精度定向钻探技术，以此来确定钻进的具体方位，保证钻探和开采的安全。

1.7 空气泡沫钻探技术

该技术的冲洗介质比较特殊，其中不仅包含液体和气体，还有少量的发泡剂，这些物质混合到一起后，就会形成泡沫流体，利用泡沫流体进行冲洗。地质队在勘查地质条件时有可能会遇到采空区，也有可能会遇到空巷类型的地层，在这类地层的勘探工作中，常规的钻探技术无法得到有价值的信息，在钻探的过程中还有可能发生安全事故。在面对钻孔漏失等情况时，可以利用空气泡沫钻探技术，对漏失区域进行钻探。

2 钻孔技术的实际运用

2.1 在海洋地质钻探中的运用

海洋的地质情况非常复杂，地层种类多样，而且存在较多松软的沉积物质，岩芯采取率非常低，常规的钻探技术很难在砂层和粉砂层中完成取心。

为了解决海洋地质钻探取心问题，技术人员要对海洋地质钻探取心技术和取心工具进行研发。对海洋资源进行开发利用之前，必须要用海洋地质钻探技术进行勘探，使用合适的取心钻具，国内海洋地质钻探工作中有几种常用的取心钻具，第一种工具是绳索取心泥浆静压活塞取心钻具，当地层非常软时，该钻具能够快速进行取心，还能提高岩心采取率，对样品的影响较低。第二种工具是海洋砂质地层绳索取心钻具，第三种工具是液动冲击绳索取心钻具，可以在固结地层或半固结地层中使用这两种工具，如海洋地层中的砂层和粉砂层，用这两种钻具减少冲蚀，避免破坏样品的结构。另外，在水资源的勘查钻探和开发利用中，可以对钻孔技术进行运用，利用钻孔技术进行勘探，得到水资源分布的情况，为相关部门提供水质信息、水流流动信息以及水体中物质含量信息[3]。

2.2 在矿区地质勘探中的运用

地质勘探是矿产资源开发利用的基础，矿产资源所在区域的环境较差、地质复杂，地质勘探能够为开采人员的安全提供保障。钻探技术不仅能够勘探矿区的地质，还能够对水害、火灾进行防治，保证抽放工作的安全。矿区地下水的分布非常复杂，如果没有掌握水源的出水位置和地下水的分布情况，有可能在开采的时候引发水害。在矿产资源开采期间，有可能会遇到采空区，在浅埋藏超大采空区存在较多的安全隐患，技术人员可以利用注浆钻孔的方式进行预防，降低风险发生的几率。开采工作主要在矿井中进行，存在较高的危险性，可以在开采之前使用抽放钻孔技术，避免开采期间出现安全事故。另外，地质钻探技术中包含很多钻孔技术，将钻孔技术运用到矿产资源开采中，大大提高了矿产资源的开采效率，降低了地质勘查和矿产资源开采的成本。随着矿产资源开采工作的持续推进，各地区的资源越来越少，必须要寻找新的资源，地质钻探技术能够为矿产资源的勘探提供支持[4]。除了矿产资源的开发，在石油等资源的开发中也可以利用地质钻探技术，通过地质钻探找到石油的位置和分布情况，了解地下区域各个岩层的性质。

2.3 在工程地质勘探中的运用

地质勘探是工程建设的基础，方案设计和工程施工都需要考虑地质条件，地质钻探技术在工程地质勘探中发挥着重要的作用。地质条件会对建筑、道路桥梁、隧道等工程产生非常大的影响，勘察人员可以利用地质钻探技术勘查地层，全面掌握工程所在区域的地质情况。例如，在建筑工程地质勘探中，建筑的地基非常关键，利用钻探技术了解整个区域的地质信息，在地基加固工作中利用钻孔技术，特别是在软土地基中，一定要对地基进行加固处理，满足承重的要求，保证建筑的稳定性和建筑的安全。地质钻探技术还可以在冻土公路工程的地质勘探中使用，冻土地质比较特别，通常出现在高原地区，如果公路工程需要经过冻土区域，必须要对冻土的土质情况进行分析，在冻土地质的钻探工中，可以使用管式取心工具，通过回转钻进等技术获得岩心；也可以使用半合式取心工具，利用无缝钢管进行取心，对富冰冻土等采样困难的冻土进行采样；还可以利用双动双管抽芯式取样器，配合回转钻进技术，避免钻探过程影响地质环境[5]。

3 结论

地质钻探技术在资源开发和工程建设中发挥着重要的作用，地质钻探技术能够准确探测出地质环境的基本情况，通过钻探取心和样本分析掌握地质条件，还能够探测出煤矿资源、石油资源、海洋资源等资源的具体位置，根据资源分布的范围和走向确定开采方案，在建筑工程和市政工程等工程的建设中，也可以利用钻探技术了解地质的情况，为工程建设的安全提供保障。