劉 敏 劉云山 段元清

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016）

1、鉆探新技術(shù)的應(yīng)用概況

在西部大開(kāi)發(fā)、國(guó)土資源地質(zhì)大調(diào)查中，黨中央及國(guó)土資源部已把水資源的勘查與開(kāi)發(fā)列為重中之重。全國(guó)地下水資源調(diào)查評(píng)價(jià)是地質(zhì)大調(diào)查中的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容，要想按時(shí)按質(zhì)的完成任務(wù)和達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)，除采用先進(jìn)的地質(zhì)理論和地質(zhì)技術(shù)外，還必須采用先進(jìn)的取心取樣鉆探新技術(shù)。若采用常規(guī)的鉆探技術(shù)進(jìn)行施工，有很多地區(qū)存在著不少技術(shù)難題，如勘探速度慢、效率低、成本高；孔內(nèi)卡、埋鉆事故頻繁；易堵塞生產(chǎn)層裂隙、泥皮粘糊孔壁等；缺水地區(qū)還存在著大量的生產(chǎn)用水難以解決，不可避免的影響對(duì)水資源的勘查與評(píng)價(jià)。這一系列因素，要求我們改變?cè)械挠^念，進(jìn)行技術(shù)革新，選擇適合一定地區(qū)的、先進(jìn)的鉆探技術(shù)，提高鉆探效率、降低成本、保質(zhì)保量的完成任務(wù)，從而帶動(dòng)鉆探新技術(shù)的推廣應(yīng)用。

1.1 多工藝空氣鉆探技術(shù)

空氣鉆進(jìn)是指用壓縮空氣或含有壓縮空氣的氣液混合物作為鉆進(jìn)時(shí)的循環(huán)沖洗介質(zhì)，或者既用其作為破巖機(jī)具的動(dòng)力，又兼作沖洗介質(zhì)的一種鉆進(jìn)工藝方法。近幾年來(lái)發(fā)展很快，技術(shù)成熟，逐漸形成包括循環(huán)介質(zhì)、循環(huán)方式、碎巖方法和應(yīng)用領(lǐng)域的多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)體系。其主要特點(diǎn)如下：低密度介質(zhì)有利于提高碎巖速度；能有效冷卻鉆頭、清除巖屑和快速判層；能在不穩(wěn)定地層中保護(hù)孔壁和少污染環(huán)境；有利于保護(hù)含水層和低壓油氣層并提高產(chǎn)出率；特別有利于在干旱缺水地區(qū)和嚴(yán)寒、凍結(jié)層施工；亦利于忌用液體循環(huán)的抗滑錨固孔和露天礦爆破孔施工；空氣潛孔錘鉆進(jìn)能大幅度提高硬巖鉆孔速度；氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)能實(shí)現(xiàn)2～3m以上大直徑井孔和超過(guò)2000m深井施工。多工藝空氣鉆探被視為當(dāng)今應(yīng)用最廣和最有發(fā)展前景的鉆探技術(shù)之一，通過(guò)"七五"、"八五"期間的攻關(guān)研究與完善，已形成較為成熟的現(xiàn)代快速綜合鉆探技術(shù)，"多工藝空氣鉆探技術(shù)推廣應(yīng)用"已被國(guó)家科委遴選編入"國(guó)家科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃項(xiàng)目創(chuàng)產(chǎn)值超億元100例"。

1.2 多介質(zhì)反循環(huán)鉆探技術(shù)

所謂反循環(huán)鉆進(jìn)就是指鉆探過(guò)程中循環(huán)介質(zhì)同常規(guī)鉆探方法的循環(huán)方向相反，反循環(huán)鉆進(jìn)一般采用雙壁鉆具，循環(huán)介質(zhì)主要分為壓縮空氣和液體兩種。鉆進(jìn)過(guò)程中，循環(huán)介質(zhì)經(jīng)過(guò)雙壁氣水龍頭、雙壁主動(dòng)鉆桿、雙壁鉆桿內(nèi)外管環(huán)隙到達(dá)孔底，驅(qū)動(dòng)孔底破巖器具破碎巖石，并攜帶巖心及巖屑經(jīng)鉆桿的中心通道到達(dá)地表的巖心或巖樣的收集裝置。

由于反循環(huán)鉆進(jìn)具有獨(dú)特的雙壁鉆具結(jié)構(gòu)，無(wú)需提出孔內(nèi)鉆具就能獲取所需的地質(zhì)樣品，決定了該方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：時(shí)間利用率高，鉆進(jìn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，洗井效果好；孔底清潔，鉆頭壽命長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了鉆進(jìn)、取樣同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到了優(yōu)質(zhì)、高效的目的。根據(jù)循環(huán)介質(zhì)的不同，反循環(huán)鉆探技術(shù)主要分為空氣反循環(huán)和水力反循環(huán)。

1.2.1 空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探技術(shù)

空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探能夠適應(yīng)多種地層巖心鉆機(jī)，動(dòng)力頭鉆機(jī)進(jìn)行取心或取樣連續(xù)鉆進(jìn)，能夠滿足地質(zhì)上對(duì)巖心的要求；尤其適合干旱缺水地區(qū)水文地質(zhì)勘查孔鉆探施工等特點(diǎn)。由于循環(huán)介質(zhì)為空氣，不會(huì)堵塞水通道、對(duì)水質(zhì)無(wú)污染，且不會(huì)打丟含水層；鉆進(jìn)過(guò)程中即可根據(jù)巖樣上返潮濕程度判斷是否進(jìn)入含水層；隨著含水層鉆進(jìn)深度的增加，孔口返水量逐漸增大，穿過(guò)含水層后，返水量趨于穩(wěn)定，從而可以大致地判斷含水層的位置，定性地判斷水量的大小。如寧夏二人山-金場(chǎng)子礦區(qū)原定為貧水區(qū)(5m3/24h)，用空氣反循環(huán)鉆探 20余孔，不僅孔孔見(jiàn)水，且涌水量達(dá) 20～30m3/h。又如，在周口店探工所院內(nèi)用常規(guī)方法鉆進(jìn)數(shù)百米深未找到地下水，用本方法卻發(fā)現(xiàn)了較豐富的達(dá)飲用水標(biāo)準(zhǔn)的地下水。

1.2.2 水力反循環(huán)連續(xù)取心鉆探技術(shù)

水力反循環(huán)連續(xù)取心鉆探技術(shù)以液體作為循環(huán)介質(zhì)，利用雙壁鉆具實(shí)現(xiàn)巖心的連續(xù)上返。該鉆探技術(shù)以硬質(zhì)合金和金剛石鉆頭為碎巖工具，以回轉(zhuǎn)磨削取心的方式鉆進(jìn)。主要用于2～4級(jí)覆蓋地層、煤系地層以及較完整的中硬巖層中鉆進(jìn)。實(shí)踐證明，水力反循環(huán)連續(xù)取心鉆探技術(shù)用于水文地質(zhì)勘查、地質(zhì)填圖、地球化學(xué)勘探、煤田取心鉆探及環(huán)境保護(hù)等鉆探施工中，具有較高的鉆探效率和較好的地質(zhì)效果。

1.3 繩索取心鉆探技術(shù)

繩索取心鉆探技術(shù)是一種應(yīng)用較廣泛的地質(zhì)取心鉆探技術(shù)，該技術(shù)對(duì)地層適應(yīng)性廣。1973年某勘探所首次研制成功用于巖心鉆探的繩索取心鉆具，后續(xù)逐步開(kāi)發(fā)出多種系列產(chǎn)品：水文水井繩索取心鉆具系列，堅(jiān)硬"打滑"地層用繩索取心鉆具系列，用于深孔的重型繩索取心鉆具。

破碎地層及煤系地層的繩索取心半合管鉆具系列和繩索取心塑料三層管和超前管鉆具等，與此同時(shí)，還開(kāi)發(fā)了與其配套使用的鉆頭、擴(kuò)孔器等，大大提高了我國(guó)金剛石鉆探的技術(shù)水平。應(yīng)用繩索取心鉆探技術(shù)可以減少升降鉆具次數(shù)，增加純鉆進(jìn)時(shí)間，減少巖心磨蝕和中途脫落機(jī)會(huì)，巖心采取率達(dá).90～100%；能延長(zhǎng)鉆頭壽命等；被譽(yù)為"四高、三低、兩好"，即工程質(zhì)量高，時(shí)間利用率高，鉆進(jìn)效率高，鉆頭壽命高；事故率低、勞動(dòng)強(qiáng)度低、設(shè)備材料消耗低；地質(zhì)效果好、經(jīng)濟(jì)效益好。為了滿足新一輪地質(zhì)大調(diào)查地質(zhì)鉆探需要和進(jìn)一步提高我國(guó)地質(zhì)鉆探綜合水平而采用的一種新型鉆探技術(shù)-組合鉆探技術(shù)迎運(yùn)而生，將空氣反循環(huán)連續(xù)取樣、水力反循環(huán)連續(xù)取心及繩索取心鉆探技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，采用一套鉆桿和輔助器具就能完成，達(dá)到了因地施鉆，滿足了地質(zhì)要求，提高了鉆探效率，降低了鉆探成本。

1.4 液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)

液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)是在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)利用洗井液驅(qū)動(dòng)的液動(dòng)潛孔錘，它可產(chǎn)生具有一定沖擊能量和頻率的載荷，從而可大幅度提高5級(jí)以上地層鉆探效率，克服金剛石鉆進(jìn)"打滑"問(wèn)題，在巖心易堵塞的破碎巖層中延長(zhǎng)回次進(jìn)尺?？碧剿群箝_(kāi)發(fā)出六個(gè)系列30多個(gè)規(guī)格的液動(dòng)潛孔錘，如正作用系列、雙作用系列、繩索取心系列、水文水井鉆系列、液氣兩用系列，目前仍在開(kāi)發(fā)深井用液動(dòng)錘及噴反系列液動(dòng)錘等。中國(guó)大陸科學(xué)鉆探是國(guó)家重點(diǎn)工程項(xiàng)目，它的實(shí)施從鉆探技術(shù)的角度來(lái)看將是全面檢驗(yàn)和提高我國(guó)鉆探技術(shù)水平的一個(gè)極好的機(jī)會(huì)，其2000m先導(dǎo)孔及主孔施工采用了具有中國(guó)特色的先進(jìn)技術(shù)：螺桿馬達(dá)/液動(dòng)錘/金剛石取心鉆進(jìn)工藝方法?？碧剿邪l(fā)的YZX127液動(dòng)錘已成為CCSD主孔不可缺少的鉆探器具，目前正在3000多米的主孔中發(fā)揮著主導(dǎo)作用。

1.5 受控定向分枝孔鉆探技術(shù)

受控定向鉆探技術(shù)就是采用孔底馬達(dá)和必要的彎接頭或彎外殼控制方向沿設(shè)計(jì)的軌跡進(jìn)行鉆進(jìn)，來(lái)達(dá)到預(yù)定的靶區(qū)內(nèi)，該鉆探技術(shù)可在一個(gè)主孔的不同深度、不同方向鉆出多個(gè)分枝孔，可大大提高鉆探效率，節(jié)約成本，提高鉆孔的綜合利用率。

目前，受控定向分枝孔鉆探技術(shù)已成功地在固體礦產(chǎn)勘探中得到應(yīng)用，定向鉆探對(duì)接井技術(shù)也廣泛用于鹽礦、地下煤層氣化等領(lǐng)域，可在一個(gè)主孔內(nèi)鉆出..6-9條分枝孔，可實(shí)現(xiàn)兩井相距500m的鉆孔在地下3000m的對(duì)接，勘探所已成功使用該技術(shù)完成對(duì)接井三十多對(duì)，2002年勘探所在湖北完成了深達(dá)2787m的對(duì)接，創(chuàng)國(guó)內(nèi)對(duì)接井之最。該技術(shù)的成功應(yīng)用已為社會(huì)及生產(chǎn)單位帶來(lái)了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。受控定向多分枝孔鉆探技術(shù)用于開(kāi)發(fā)地?zé)峒八乃@探等方面，能較好的擴(kuò)大地?zé)峋八牟杉娣e，豐富水源的水量；在涉臨枯竭的水井中，可以在同一主井實(shí)施放射狀水平井，以提高水井的采取率及延長(zhǎng)使用壽命，使枯井起死回生；對(duì)接連通井技術(shù)可將地下干熱巖轉(zhuǎn)換成地?zé)?，以充分發(fā)揮地下能源的有效作用，為民造福。

2、結(jié)語(yǔ)

近幾年來(lái)，鉆探新技術(shù)已在許多應(yīng)用領(lǐng)域取得了較為突出的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。這些技術(shù)的推廣應(yīng)用，改變了我國(guó)鉆探技術(shù)方法單一、技術(shù)水平發(fā)展緩慢的落后局面；使我國(guó)整體鉆探技術(shù)水平有了較大幅度的提高，并以其獨(dú)特的優(yōu)越性，解決了目前常規(guī)鉆探技術(shù)難以解決的技術(shù)難題，從而加速了地下水、固體礦產(chǎn)等資源的勘查與開(kāi)發(fā)利用速度。

[1]卓寶熙.我國(guó)工程勘察技術(shù)的回顧和展望中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司 【期刊】工程勘察.2008-12-31