關于地質鉆探技術的探討

在地質勘探工作中,為探明礦體或地質體的形態、產狀、深度、規模、結構和儲量的工程技術稱為勘探技術,包括鉆探工程和坑探工程。在地質勘探中,通常以鉆探工程和坑探工程為主,輔以地球物理勘探和地球化學勘查。地質勘探鉆探,根據地質設計,在預定地點,利用鉆探設備鉆穿巖層,取得巖樣、水樣、土樣等實物資料,并通過鉆孔進行地下物理測量或地下水動態觀測等，在地質勘探中應用最廣。
　　在分析了目前我國地質工作對鉆探技術的需求以及地質鉆探技術現狀的基礎上，提出了我國地質鉆探技術的遠期、中長期、近期發展目標，明確了近期研發工作的重點和計劃，并強調了科技創新，新方法、新技術的推廣應用的重要性和加強探礦工程專業委員會作用的問題。
　　目前常規鉆探技術，實例是富源新興煤礦礦區：鉆探揭露的地層順序自上而下是:Q為黃土,平均厚度15.56m,松散,鉆孔易坍塌,用150mm無心鉆頭穿過后下入146mm孔口管;T1l-P2sh以泥巖、泥質砂巖為主,夾含礫砂巖,平均厚度466.78m,由風化殘積土及礫石充填,呈松散半膠結狀態,賦存大量孔隙,軟硬互層,鉆進時受鉆具振動碰撞和泥漿沖蝕作用,鉆孔常發生坍塌或漏失現象,用113mm普通型PDC復合片鉆頭鉆進;P2s以泥巖、粉砂巖為主,夾含礫中~粗粒長石石英砂巖(K5),平均厚度305?32m;P1x泥巖,細~粗粒長石石英砂巖(K4),平均厚度113.08m;P2s-P1x地層硅質膠結,巖溶裂隙發育,地下水力聯系密切,斷層破碎帶常出現漏失—涌水—漏失現象,用113mm普通型和加強型PDC復合片鉆頭鉆進;P1s泥頁巖,粗砂巖(K3),炭質泥巖及煤層,平均厚度137.82m,其S3、S2、S1為主采煤層;C3t黑色泥巖,燧石條帶灰巖(K2),中粒石英砂巖(K1),炭質泥巖及煤層,平均厚度71.17m,其中t4、t3為主采煤層;02m泥灰巖,中~粗粒長石石英砂巖,平均厚度42.66m;煤系地層硅質膠結,灰巖多破碎,且研磨性大,構造裂隙較發育,穩定性較差,透水性強,地下水豐富,承壓水力大,鉆孔縮徑或涌水時有發生。本區煤質為肥煤和焦煤,煤質硬度小,脆性大,取出的煤心多呈碎塊及粉末狀,取心難度大,用113mm普通型和加強型PDC復合片鉆頭鉆進,煤層用108mm半合管取煤鉆進。
　　1. 鉆探設備及技術創新
　　1.1鉆探設備
　　鉆探設備是鉆探科學中起決定作用的因素，它是鉆探行業生產力發展水平的標志。要改變現行鉆探工作，人干一半，機器干一半重體力活的狀況，我們科技工作者要走的路還很長。八十年代探礦鉆機以XY-4為代表，探明了大部分800米以內孔深的資源，800米以內的資源大都開采完或逐漸減少。2000年以后，隨著礦產資源的短缺，以XY-4-4、XY-5機型為主體的探礦設備，揭示了很多1400米深度以內的礦產。以后礦產資源開采，一是，淺部越來越少，往深部發展；二是，國外資源的利用。今后鉆探設備的設計方向，鉆機控制系統要電子化，人性化，井內觀測影像清淅、準確化。鉆探技術發展要與時俱進，加快步伐，鉆探技術的創新，給我們在國際市場上提高競爭力，解決我國能源供應與需求的“瓶頸”問題。
　　1.2加強技術創新
　　技術創新的核心內容是科學技術的發明和創造，其直接結果是推動科學技術進步，提高社會生產力的發展水平，進而促進社會經濟的增長。通過技術創新可實現技術跨越式發展，在短期內獲得顯著的技術經濟效果，使一些常規方法難以解決的問題得到解決。這里舉1個鉆探技術領域技術創新取得顯著成效的實例。
　　實例是中國大陸科學鉆探工程科鉆一井。該項目是在堅硬的結晶巖中施工5000m連續取心鉆孔。這種施工在我國沒有先例，在世界上也屬高難度鉆井工程。該井在施工時采取了一系列的技術創新，涉及套管和鉆進施工程序、取心鉆進技術、擴孔鉆進技術和井斜控制技術，最終獲得了高效、優質的施工效果。由于采用螺桿馬達一液動錘一金剛石取心鉆進方法，使機械鉆速提高50%以上，回次長度由3m提高到8～9m，大大節省了施工時間和成本。
　　1. 3加強新方法、新技術推廣應用
　　新方法、新技術從研發出來，到在鉆探施工中得到普遍應用，通常需要花很長的時間，做大量的推廣應用工作。推廣應用工作包括宣傳、現場演示、技術培訓和技術交流等。這些環節工作效果的好壞，都會直接影響到科技成果轉化及其得到實際應用所需的時間，影響地質鉆探技術現代化的進程。為獲得好的效果，該項工作應有計劃、有組織地開展，因為研發單位通常只是從本單位的利益和眼前的利益考慮推廣應用工作，而該項目工作的計劃和組織實施，需要一種全局性和長遠的考慮。這些年來，在鉆探技術研究與應用的所有環節中，科技成果推廣應用是相對比較薄弱的環節，加強此方面工作是當務之急。
　　1. 4加強探礦工程專業委員會的作用
　　地勘單位管理體制改革后，我國現在已經沒有全國性的探礦工程專業技術管理部門。盡管中國地質調查局還在組織公益性的鉆探技術研究開發和推廣應用，但由于其與大量的地質鉆探技術研發單位和應用單位之間沒有行政關系，只能通過項目與一些單位進行聯系，并且中國地質調查局地質鉆探技術研發工作的重點僅限于與該局的職責和任務有關的方面，并不涉及地質鉆探技術的所有方面。因此，中國地質調查局也無法對全國的地質鉆探技術的發展做全面規劃。現在唯一能做這件事的機構應該是中國地質學會探礦工程專業委員會。探礦工程專業委員會是一個行業性組織，在地質鉆探行業具有號召力。該委員會應該利用其號召力，組織地質鉆探行業的專家考慮地質鉆探技術的發展大計，包括制定發展規劃、制定標準和規范、開展技術交流和技術培訓等。中國地質調查局應積極配合，協助探礦工程專業委員會開展此方面的工作。
　　2.鉆探新技術在礦產勘查中的應用實例
　　2.1鉆探技術應用愈來愈專業化。其專業化主要呈兩種表現方式：第一，在礦種方面趨于專業化，如膨潤土礦鉆探、硅藻土鉆探、鋁土礦鉆探、砂礦鉆探、高嶺土礦鉆探、鹽并鉆探等。第二，在施工區域方面趨于專業化，如卵礫石層鉆探、黃土地區鉆探、水上鉆探、污染地區鉆探、河谷區鉆探、凍土層鉆探等。近年來我國加大投資力度向地質找礦勘查傾斜，特別加強鐵礦、煤炭的勘查，許多新技術的運用也更多地在這兩個領域得到實踐，如在煤炭勘查方面，已有大批勘察單位采用MRD鉆探技術，它可以取芯、可以在堅硬巖石里定向運動，先垂直向下，然后水平鉆進，按你的要求軌跡運行。簡單地說，如果有一個事先打好的孔，它可以摸到那個孔位。這種技術還在石油和天然氣勘察中得到廣泛運用，由此可見，其專業化在礦產勘查中的作用越來越明顯。
　　2.2眾所周知，在西部很多地區存在干旱缺水、地層破碎漏失的地質特性，鉆探施工時如果按傳統做法采用水作為循環液，那么施工過程中需要配備專門的供水車，而且要到很遠地方拉水，這樣一來成本非常高。僅供水的施工費用就占總施工費用的好幾成，即便同期采用了節水鉆探技術，因供水造成的成本高的狀況仍然難改觀。這類極端缺水地區鉆探的難題，直到開發了空氣組合新型鉆探技術才算是得以解決。它屬于非傳統節水鉆探方法的創新突破，充分利用空氣無處不在的特點，以空氣或僅消耗少量水的泡沫液作為循環介質，將當前先進高效的空氣鉆進與繩索取心鉆探技術有機結合起來，鉆探效率要比水鉆的鉆探效率高60％～100％，成本將降低到30％～50％。由此可見，新技術應用帶來的可觀經濟效益。
　　2.3在眾多膠結松散、振動易碎的地層中，歷來取心率很低，大概為10％～30％，傳統鉆具所取出的“巖心”，僅有幾個礫石而已，松散膠結物皆被沖蝕、磨損，往往使地層被誤判，上下層位被顛倒。這些問題多年來一直困擾著鉆探界的技術人員，直到研制出射流式雙管鉆具后才得以解決。此技術的應用，不但鉆探采心率大幅提高，而且能較完好地保持地層原狀的結構。用射流式取心工具采取的巖心為柱狀，采取率為90％以上，地質資料被完整地采取上來。多年的實踐證實，這項技術在這類地區的鉆探施工應用具有里程碑式的意義。
　　3.結束語
　　總之，為加強地質工作，實現地質勘查工作的要求，必須研發及應用當代最先進的鉆探技術與裝備，盡早使設備更新換代。采用最新的鉆探技術及工藝方法，提升礦產勘查的技術水平和經濟效益。