鉆探技術(shù)在地質(zhì)資源勘查中的應(yīng)用和發(fā)展

劉 偉

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊(duì)，山東 泰安 271000）

1 我國(guó)鉆探技術(shù)概述

鉆探是地質(zhì)資源勘查不可或缺的技術(shù)手段，可獲取地下實(shí)物資料、建立測(cè)試通道，驗(yàn)證地下地質(zhì)信息推斷與解釋，圈定礦體、計(jì)算儲(chǔ)量、評(píng)估品位。基于國(guó)家地質(zhì)調(diào)查計(jì)劃、找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)實(shí)施以及礦產(chǎn)資源需求不斷增加的大趨勢(shì)下，我國(guó)地質(zhì)資源勘查與鉆探技術(shù)發(fā)展迅猛，近年來(lái)我國(guó)鉆探工程量一直位于歷史高位，且地質(zhì)資源勘查工作開始朝著西部新區(qū)、中東部深部發(fā)展，同時(shí)也開始大量開展非常規(guī)能源（油頁(yè)巖、油砂、天然氣等）勘查工作。

為滿足實(shí)際勘查需求，各種鉆探新技術(shù)、新方法得到了發(fā)展與應(yīng)用。目前，“十二五”、“十三五”期間，我國(guó)在鉆探技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作方面取得了一定成果，其在地質(zhì)勘查工作中發(fā)揮了一定的支撐作用，為我國(guó)鉆探事業(yè)發(fā)展保駕護(hù)航。本文主要圍繞鉆探技術(shù)在地質(zhì)資源勘查中的應(yīng)用和發(fā)展展開詳細(xì)分析。

2 鉆探技術(shù)在地質(zhì)資源勘查中的作用

鉆探技術(shù)在地質(zhì)資源勘查中發(fā)揮著重要作用，通過(guò)鉆探可獲得地下實(shí)物資料（巖心、巖屑、地層流體），并通過(guò)試驗(yàn)分析，掌握地下乃至深部地質(zhì)構(gòu)造、資源情況等。根據(jù)不同的地下實(shí)物資料，可將鉆探技術(shù)的作用歸納如下：

（1）巖心：采用取心鉆獲取柱狀地下巖體實(shí)物（圖1），可獲取豐富的信息，從而描述地質(zhì)構(gòu)造，并為巖石物性分析、巖礦測(cè)試提供可靠樣本。

圖1 巖心示意圖

（2）巖屑：鉆探過(guò)程中，地下巖土由于受到鉆進(jìn)影響產(chǎn)生相應(yīng)的巖石碎屑，一般情況下會(huì)被鉆進(jìn)沖洗液攜帶至地面。由于碎巖的工具、方法各有不同，相應(yīng)巖屑尺寸存在較大的區(qū)別，如：最大可達(dá)10mm～30mm，最小可在0.5mm 以下（如：金剛石地質(zhì)巖心鉆探），巖屑尺寸過(guò)小將導(dǎo)致構(gòu)造信息較難識(shí)別。當(dāng)巖屑的顆粒較大時(shí)，可較為完整的保留礦物微觀結(jié)構(gòu)、成分等，可較好的識(shí)別地層變化、鑒定巖礦，如下圖2 所示為巖屑采集分析示意圖。

圖2 巖屑采集分析示意圖

（3）地層流體：包括液體、氣體兩種，可采用專用取樣器具，或是由沖洗液內(nèi)分離。如：石油鉆井中錄井就是連續(xù)監(jiān)測(cè)鉆井液，分析地層內(nèi)流體信息、判斷是否鉆遇油氣儲(chǔ)層。鉆探施工所得的鉆孔可作為測(cè)井通道對(duì)地層進(jìn)行觀測(cè)，也可用于開采用一些可溶性、流體礦產(chǎn)，具體如下表1 所示。

表1 可溶性、流體礦產(chǎn)

3 鉆探技術(shù)在地質(zhì)資源勘查中的發(fā)展方向與應(yīng)用

3.1 鉆探技術(shù)發(fā)展方向

基于我國(guó)地質(zhì)資源勘查現(xiàn)狀來(lái)看，不斷朝著深部發(fā)展，鉆探施工遇到的復(fù)雜地層越來(lái)越多，鉆探技術(shù)主要發(fā)展方向可歸納如下：

（1）提高鉆探效率，縮短地質(zhì)資源勘查工作周期。

（3）物種豐富度：種群中物種數(shù)目的多少。物種豐富度往往作為生物多樣性的代表性測(cè)度，具有簡(jiǎn)單直觀等優(yōu)點(diǎn)。

（2）控制鉆探成本，減少地質(zhì)資源勘查工作的資金投入。

（3）增大鉆探深度，為深部勘查提供可靠技術(shù)支撐。

（4）提高實(shí)物樣品采集質(zhì)量，提供全面、準(zhǔn)確的實(shí)物資料。

（5）推進(jìn)鉆探設(shè)備研發(fā)應(yīng)對(duì)各類復(fù)雜地質(zhì)條件，增強(qiáng)對(duì)各種地質(zhì)資源勘查工作的支撐。

（6）精確控制鉆孔軌跡，精確穿越地質(zhì)設(shè)計(jì)目標(biāo)靶區(qū)。

（7）減少鉆孔事故發(fā)生幾率，提高事故處理水平，為復(fù)雜地層鉆探奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，保證地質(zhì)資源勘查工作順利完成。

（8）與其他各類技術(shù)組合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，提高獲取地下各類信息能力。

3.2 鉆探技術(shù)的應(yīng)用

目前地質(zhì)資源勘查中，鉆探技術(shù)的應(yīng)用主要分為以下幾種：

（1）反循環(huán)鉆探技術(shù)。此為最常見(jiàn)的鉆探技術(shù)，循環(huán)介質(zhì)分為空氣、水力兩種?？諝夥囱h(huán)鉆探，主要利用空氣壓縮、傳輸、膨脹，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖層的沖擊；水力反循環(huán)鉆探，則是將水送至孔底為鉆頭提供驅(qū)動(dòng)力。

上述兩種方法各具優(yōu)勢(shì)，空氣法多用于干旱地區(qū)，成本相對(duì)較低，但是獲得的巖屑樣品較難完整反映區(qū)域地層情況；水力法探測(cè)結(jié)果更為精確，但是效率較低，且資源消耗相對(duì)較多。地質(zhì)資源勘查中需根據(jù)實(shí)際情況選用合適的鉆探技術(shù)。

（2）液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)。此技術(shù)是基于回轉(zhuǎn)鉆探發(fā)展而來(lái)，是繼金剛石鉆探、空氣鉆探后的新型鉆探技術(shù)，主要是利用沖洗液驅(qū)動(dòng)潛孔錘，驅(qū)動(dòng)鉆頭沖擊巖石。液動(dòng)潛孔錘鉆探效率高，且鉆孔成本相對(duì)較低，適用于巖石堅(jiān)硬、脆性較大的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，可較好的完成復(fù)雜地質(zhì)條件下的勘查工作。

在液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)使用過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)泥漿質(zhì)量控制，適當(dāng)保護(hù)潛孔錘，減小磨損，提高潛孔錘的使用壽命。

（3）繩索取芯技術(shù)。此技術(shù)打破了傳統(tǒng)鉆進(jìn)需要鉆桿的特征，充分利用打撈工具、巖芯管進(jìn)行取芯，鉆進(jìn)靈活、效率高，但是鉆進(jìn)深度相對(duì)較小，巖心一般較為完整且質(zhì)量好。繩索取芯技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，鉆頭檢查、更換時(shí)方需提鉆，巖礦心裝滿巖心管或是出現(xiàn)堵塞等情況時(shí)，只需使用專用繩索打撈工具撈取巖礦心容納管。

（4）組合鉆探技術(shù)。地質(zhì)資源勘查時(shí)，可根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件對(duì)上述幾種鉆探技術(shù)進(jìn)行組合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高鉆探效率、質(zhì)量，如：貫通式潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)技術(shù)，綜合運(yùn)用了潛孔錘、反循環(huán)、鉆進(jìn)中連續(xù)取心三種鉆探技術(shù)，貫通式潛孔錘結(jié)構(gòu)如下圖3 所示。

圖3 貫通式潛孔錘結(jié)構(gòu)圖

（5）定向接井技術(shù)。此技術(shù)是定向地質(zhì)鉆探與水平井的綜合應(yīng)用，鉆探過(guò)程中需使用多頭螺桿鉆具、造斜工具以及硬質(zhì)合金軸承等。定向接井技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，多用于固體礦產(chǎn)、可溶性礦產(chǎn)勘查，孔內(nèi)事故發(fā)生率相對(duì)較低。

（6）新型節(jié)水鉆探技術(shù)。此技術(shù)是為應(yīng)對(duì)干旱地區(qū)地表無(wú)水、深部有水情況下的鉆探工作而開發(fā)，主要是優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)，以地表水力脈沖為鉆具驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)工作柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)、吸排水閥動(dòng)作，使地層水形成局部孔內(nèi)循環(huán)。新型節(jié)水鉆探過(guò)程中，不會(huì)消耗地表水，鉆探效率相對(duì)較高，經(jīng)濟(jì)效益也較好。

（7）全液壓動(dòng)力頭水文水井鉆機(jī)。此類鉆機(jī)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、配套工藝多、適用性廣，且可較好的保障施工安全、鉆進(jìn)效率，我國(guó)還需進(jìn)一步研究具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全液壓動(dòng)力頭水文水井鉆機(jī)。如下圖4 為YSL-300 型鉆機(jī)，屬于履帶式全液壓水井鉆機(jī)。

圖4 YSL-300 型鉆機(jī)

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鉆探在當(dāng)前以及今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間都將是地質(zhì)資源勘查中獲取直觀地質(zhì)資料的主要技術(shù)方法。因此，必須加強(qiáng)相關(guān)鉆探設(shè)備與技術(shù)研究，提高鉆探效率、質(zhì)量，推動(dòng)我國(guó)鉆探技術(shù)體系不斷完善，適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)條件，保證鉆探成果的精確性與可靠性，為后續(xù)工作提供支撐。