谈钻探设备新技术应用发展

谈钻探设备及新技术的应用发展摘要：多年钻探工程的现场操作实践证明：各种矿产勘查项目的顺利实施，前提是熟练操作、接触各类钻探机械及掌握最新钻探技术。

因此，研究钻探新设备、新技术及在矿产勘查中的应用具有重大意义。

本文探讨了只有不断更新钻探设备及技术，才能更好的为新时期我国地质勘探事业服务，提高企业的技术水平及经济效益。

关键词：钻探设备；钻探技术；矿产勘查；创新应用
一、引言
新中国成立后，地质钻探事业和钻探技术伴随地质找矿和建设事业迅速发展，技术不断进步。

二十世纪八、九十年代较大规模地引进了国外技术与装备, 继而仿效与自行研制开发, 目前我国钻探技术已逐渐迈入世界先进之林。

表现在钻探应用领域、工艺方法和技术装备等诸方面, 不少具有当代世界水平, 或属于独创, 综合反映钻探生产水平的提高。

我国地质钻探首先是围绕地质找矿发展的。

钻探能源矿产、各类金属、稀贵金属、非金属矿、化工原料、建筑材料等，投入钻探工作量以亿米计, 为增强国力、保障建设与促进经济持续发展。

依托矿山建成了多个新兴城市。

地质勘察是各项建筑工程规划与建设的先行军，尤其是近一二十年来城市交通、水电、工矿、环境与国防工程建设等高速发展, 量
大类繁, 投资巨大。

二、研究钻探新设备、新技术的重要性
矿产资源紧缺的状况已有目共睹，如何加强矿产勘查，保证矿产资源供给已迫在眉睫。

经过几十年地质工作者的不懈努力，如今表层矿床等勘查和开发难度较小的矿体已经勘查和开发的差不多了，21世纪面临的多为深层地段的探矿，这种深层矿层钻探勘查对钻探技术、钻探设备、取心（样）、钻进速度、工程成本、安全防护等方面有更高的要求。

对面深层矿产的勘查，除了理论支持以外，钻探验证至关重要。

在系统勘探矿床的地质情况下，探明和圈定地下矿体的边界线，了解矿产品质时，在配合地下坑探工程在深部大致了解矿床的延伸情况及矿床地质情况时，都离不开钻探。

钻探工程一直是矿产勘查的重要技术方法之一，是直接从地下岩层获取实物样品的唯一途径。

但是应该看到，我国目前存在钻探设备陈旧老化、技术方法落后、钻探效率低等诸多问题。

因此，加强矿产资源的勘探开发，大力推进钻探技术与装备的现代化，研究开发先进钻探新技术、新装备是十分迫切的。

三、钻探新技术在矿产勘查中的应用
钻探技术方法大约有以下几种：如金刚石、绳索取心钻进技术；空气泡沫钻进技术；潜孔锤钻进技术；反循环钻进技术；受控定向钻进技术；大口径水文水井、地热井成井技术；石油丛式井钻进技术等。

1.钻探新技术的应用概况
地下水资源调查是地质大调查中的一项重要工作内容，要想按时按质的完成任务和达到预定的目标，除采用先进的地质理论和地质技术外，还必须采用先进的取心取样钻探新技术。

若采用常规的钻探技术进行施工，有很多地区存在着不少技术难题，如勘探速度慢、效率低、成本高；孔内卡、埋钻事故频繁；易堵塞生产层裂隙、泥皮粘糊孔壁等；缺水地区还存在着大量的生产用水难以解决，不可避免的影响对水资源的勘查与评价。

这一系列因素，要求我们改变原有的观念，进行技术革新，选择适合一定地区的、先进的钻探技术，提高钻探效率、降低成本、保质保量的完成任务，从而带动钻探新技术的推广应用。

近年来，钻探技术进步显著，以绳索取心为主体的金刚石钻探技术有了很大发展，带动了钻探技术工艺方法和技术装备等全面变革，受控定向钻探技术已经达到了国际先进水平，冲击回转钻探技术成为拥有我国自主知识产权的一项特色技术，达到国际先进水平；多工艺空气钻探技术和反循环钻探技术趋于成熟；钻探机械和仪器发展了适应多工艺方法的系列产品，技术装备基本成龙配套，在地质勘查中发挥了积极作用。

1.1 多工艺空气钻探技术
空气钻进是指用压缩空气或含有压缩空气的气液混合物作为钻进时的循环冲洗介质，或
者既用其作为破岩机具的动力，又兼作冲洗介质的一种钻进工艺方法。

近几年来发展很快，
技术成熟，逐渐形成包括循环介质、循环方式、碎岩方法和应用领域的多工艺空气钻进技术
体系。

1.2 多介质反循环钻探技术
所谓反循环钻进就是指钻探过程中循环介质同常规钻探方法的循环方向相反，反循环钻进一般采用双壁钻具，循环介质主要分为压缩空气和液体两种。

钻进过程中，循环介质经过双壁气水龙头、双壁主动钻杆、双壁钻杆内外管环隙到达孔底，驱动孔底破岩器具破碎岩石，并携带岩心及岩屑经钻杆的中心通道到达地表的岩心或岩样的收集装置。

由于反循环钻进具有独特的双壁钻具结构，无需提出孔内钻具就能获取所需的地质样品，决定了该方法具有如下优点：时间利用率高，钻进效率高，劳动强度低，洗井效果好；孔底清洁，钻头寿命长，实现了钻进、取样同时进行，达到了优质、高效的目的。

根据循环介质的不同，反循环钻探技术主要分为空气反循环和水力反循环。

1.3 射流式取心技术及应用
在众多胶结松散、振动易碎的地层中，历来取心率很低，大概为10％～30％，传统钻具所取出的“岩心”，仅有几个砾石而已，松散胶结物皆被冲蚀、磨损，往往使地层被误判，上下层位被颠倒。

这些问题多年来一直困扰着钻探界的技术人员，直到研制出射流式双管钻具后才得以解决。

此技术的应用，不但钻探采心率大幅提高，而且能较完好地保持地层原状的结构。

用射流式取心工具采取的岩心为柱状，采取率为90％以上，地质资料被完整地采取上来。

多年的实践证实，这项技术在这类地区的钻探施工应用具有里程碑式的意义。

2.钻探技术应用愈来愈专业化
其专业化主要呈两种表现方式：第一，在矿种方面趋于专业化，如膨润土矿钻探、硅藻土钻探、铝土矿钻探、砂矿钻探、高岭土矿钻探、盐并钻探等。

第二，在施工区域方面趋于专业化，如卵砾石层钻探、黄土地区钻探、水上钻探、污染地区钻探、河谷区钻探、冻土层钻探等。

近年来我国加大投资力度向地质找矿勘查倾斜，特别加强铁矿、煤炭的勘查，许多新技术的运用也更多地在这两个领域得到实践，如在煤炭勘查方面，已有大批勘察单位采用mrd钻探技术，它可以取芯、可以在坚硬岩石里定向运动，先垂直向下，然后水平钻进，按你的要求轨迹运行。

简单地说，如果有一个事先打好的孔，它可以摸到那个孔位。

这种技术还在石油和天然气勘察中得到广泛运用，由此可见，其专业化在矿产勘查中的作用越来越明显。

3.新技术的经济效益
钻探施工时如果按传统做法采用水作为循环液，那么施工过程
中需要配备专门的供水车，而且要到很远地方拉水，这样一来成本非常高。

仅供水的施工费用就占总施工费用的好几成，即便同期采用了节水钻探技术，因供水造成的成本高的状况仍然难改观。

这类极端缺水地区钻探的难题，直到开发了空气组合新型钻探技术才算是得以解决。

它属于非传统节水钻探方法的创新突破，充分利用空气无处不在的特点，以空气或仅消耗少量水的泡沫液作为循环介质，将当前先进高效的空气钻进与绳索取心钻探技术有机结合起来，钻探效率要比水钻的钻探效率高60％～100％，成本将降低到30％～50％。

由此可见，新技术应用带来的可观经济效益。

4.钻探技术在其他领域的应用
钻探技术在建设工程领域的应用也很普遍，高层建筑、跨海（河）桥梁、城市高架道路等方面大多采用大直径钻孔灌注桩做为承载基础；在深基坑开挖中，常用钻孔灌注桩做为基坑的挡土结构使用；在地质灾害治理方面，斜锚桩（索）也得以广泛应用，在城市开发建设方面，污水、雨水、通信线缆、电力输送线缆等地下管线非开挖施工中就是采用了水平定向钻探技术。

可以说，钻探技术不仅为地质找矿事业做出了不可磨灭的功勋，也为城市的建设和发展提供了强有力的基础保证。

四、钻探设备及技术创新对策
1.实现岩心钻探技术的跨越式发展
研发深孔全液压动力头岩心钻机及配套设备，解决我国深部矿
产勘查中的关键钻探设备问题，形成具有我国自主知识产权的、先进的深孔全液压动力头岩心钻探装备系列，缩小我国岩心钻机与国际先进水平的差距，实现我国岩心钻探技术的跨越式发展。

目前，许多国家已经普遍将这种第三代岩心钻机运用于深层矿产勘查，深孔可达3000m，钻进效率高。

而我国现在广泛运用的地质岩心钻机还是第二代，即液压立轴式岩心钻机，且少有改良，明显落后于时代。

2.研发并大力推广应用最新钻探技术
从被誉为钻探技术第一次革命的金刚石绳索取心技术，到被列为第二次钻探技术革命的反循环连续取心(样)钻探技术，从“八五”期间重大成果之一的空气泡沫钻探技术的推广应用，到最近10年技术越来越成熟的受控定向钻探技术及岩心定向技术的突破性进展，从中都能看到钻探技术的一个个清晰的发展轨迹，但其中有一个重要的现实是，各种对各种钻探新技术的研究及推广运用在全国各地很不均衡。

这其中有这样或那样的原因，在此不细究，只求对策。

不管是企事业内部还是外部都需要产、学、研三者“结合”且需常“结合”，各方通力合作，创新运用已有钻探技术于生产实践当中，密切跟踪及掌握最新钻探技术及工艺，研究钻探施工过程中的难题和困境有了成果再反哺生产实践，研发和应用两手抓两手都要硬，以适应新形势下在深层找矿时对钻探技术的相应要求。

3.加快培养高素质钻探技术人员及先进钻探设备的推广应用
目前，我国许多地质钻探技术人员和工人缺乏施工操作经验，不少人甚至对过去常规的钻探操作，如金刚石钻进与绳索取心技术都不会或掌握不好，也少有深孔钻探技术经验，其工作难度可想而知。

4结束语
总之，为加强地质工作，实现地质勘查工作的要求，必须研发及应用当代最先进的钻探技术与装备，尽早使设备更新换代。

采用最新的钻探技术及工艺方法，提升钻探工程施工的技术水平和经济效益。