地质工程勘查中钻探技术方法及应用效果研究

史鹏月 申彦萧

河北省水文工程地质勘查院（河北省遥感中心） 河北 石家庄 050000

在现代经济社会中，由于人民生活质量的提高，对各类能源的需求越来越大。然而，因为地面和浅层的矿物资源开采变得更加困难，所以为了适应现代社会对矿物资源的需要，有关部门也开始重视利用地质勘探和深部地质钻探找矿技术来寻找深部的矿物资源。因此，对深层钻井与勘探工艺进行全面的剖析，对于地质工作中深层钻井与勘探工作的成功进行具有重大的现实意义。

1 地质工程勘察的概述

“地质工程勘查”是指利用仪器或其它方法，对相关的地质情况进行的测绘、测量和分析。通过地质勘探，就可以比较精确的分辨出所探查区域的地质情况、水源情况和土质情况，并可以对这些环境信息的参数及地理变化进行记录。在地质勘探过程中，能够为后续工作的进行提供很好的保证，同时，所采集到的资料也能够为其它有关研究部门提供资料。在地质工程勘查中，钻井技术以其高科技含量和不可替代的作用，为勘查工作提供了比较完整的技术支撑。同时，在钻井的同时，还能对岩层及其它样品进行取样，从而为工程地质勘查提供了样品及准确的资料[1]。

2 钻探技术概述

2.1 钻探技术的具体分析和应用环境

在选择钻孔地点时，应综合考虑当地的地质条件及项目需要。施工技术人员在进行实际勘查时，除了要结合勘察现场的土壤地质情况确定钻井的布置位置之外，还要结合施工项目的特点及使用情况，例如：我们居住的居民楼和其它使用的建筑都要按照施工现场的划分轮廓线来确定钻井的方位，而大坝等工程都要以竖直的轴线为基准来进行钻井的方位设计，图1为钻探流程。

图1 钻探流程

采用简单的钻孔工艺进行地质勘察工作。在实际的勘查工作中，为保证钻井作业的高效性，可以采用简化的钻井方法进行工程地质勘查。在一些特殊情况下，例如：大型的水利水电项目，采用深度挖掘技术来进行隧道的施工，此外，通常的地质勘探测试只需要深入十余米，所以，有些比较轻、比较简单的钻井方式也可以起到勘探的效果。

钻井工艺的选用。因为钻探技术在地质工程勘查中的应用很广，例如，钻孔可以提供技术操作人员对地质情况和水源水质的判断，并且可以提供长期观察地质情况和样品采集的参考。因此，在进行勘查的时候，工作人员要按照具体的条件和目的，来对钻井的形式和构造进行合理的选择，从而达到对各种勘察需要资料数据的搜集和调查的目的[2]。

2.2 钻探技术的具体方式和应用

在面临不同的勘探需求时，也会采用不同的钻探工具和技术方法，在当前阶段，我国政府十分注重地质钻探技术，建立了一个特别的实验室，对有关技术进行了深入的研究，到现在为止，研究人员所取得的结果有：可循环钻探技术、绳索取芯技术、定向钻进技术、液动潜孔锤钻进技术以及极具创新的节约型钻探技术。

3 钻探技术在地质工程勘察中存在的不足及解析

钻井工艺装备落后，智能化程度不高。虽然在我国，地质工程勘察应用历史悠久，但在实际操作过程中，我们的勘探及钻井设备仍然多采用落后的设施，除此之外，一些建设单位虽然对落后的设施进行了改造，但整体上存在着智能化程度不高、设备落后等问题。一般情况下，老式机械都很笨重，不方便使用和搬运，导致钻井的总体效果很差。

钻井设备功能单一化。综上所述，我们可以看出，地质勘查工作的设施比较陈旧，这也就是说，在进行工作的时候，它的功能单一、适应性差，一种设备只被用于应用勘探工作中的一个方面，从而导致了某种程度的资源浪费。

施工人员在作业中没有按照作业规程进行操作。我国常用的钻井装备，因为其智能程度不高，没有或者缺少实时监测的功能，所以在具体的运作中，无法进行准确的运作，主要是依靠操作者的经验进行工作，从而产生了一些误差。此外，目前用于观察的仪器设备，其性能指标、设定的距离等都相对落后，不能满足目前复杂多变的调查需要[3]。

4 地质工程勘查中钻探技术的方法及应用

4.1 反循环连续取样钻探技术

反循环式连续取样钻井技术是一种在深层勘探中应用的新型钻井技术，其工作机理是通过自身的循环器来实现对气体的加压，并通过双墙式钻柱来实现对岩石持续破碎与整体破碎的缓冲。尽管反循环式连续取样钻井技术可以节约工程造价，但同时也会导致出现施工工期较长等问题，其关键在于反循环式连续取样钻井所形成的地层碎石需要与双层井筒相匹配。随着时间的推移，相关人员应该对国外的先进技术进行研究，并在此基础上对自己的技术进行改进，提倡与自己的国家和地区相适应的技术[4]。

4.2 受控定向钻探技术

与其它钻井技术相比，可控定向钻井技术的最大特征在于，它可以通过对钻井轨道的主动控制，使钻头可以沿着预先设定的曲线，顺利地靠近到目的对象（区域），从而更好地实现对深层矿产资源的高精度勘查，并有效地解决井眼偏斜和陡斜矿体的勘查难题，图2为钻探钻头。利用这一钻探技术，可以实现一主多支的羽状或伞状钻井，从而可以降低钻探工作量，节省深度地质找矿的投资，缩短勘探时间，提高深度地质找矿的精度。此外，因为受控定性钻探技术可以自主地设定某些轨道曲线，基于此可以顺利地避开障碍物，还可以有效地防止发生钻井偏斜问题，保证钻井可以按照期望的要求，精确地抵达钻探目标落点，同时还可以降低不必要的能量损耗和钻材消耗，达到复杂轨道钻井的特殊目的[5]。

图2 钻探钻头

4.3 地质钻探技术

在地质勘查中，通常采用冲击钻井、旋转钻井和振动钻井等方法。以前的钻井技术所采用的钻孔技术太过简陋，对装备的需求不高，尽管施工容易，但其应用的钻孔深度、钻孔的宽度都比较窄，具有很大的局限性。随着钻井工艺的革新和进步，钻井工艺逐步向全液压驱动、仪表控制、勘探测试一体化方向发展。循环式岩心钻孔技术是指在钻孔时对岩屑进行加压，使得岩屑在气体的压力下由岩屑向导管内输送，从而实现岩屑的快速采集。不过这种方式因为要求使用专用的墙壁上的钻头，所以并没有得到广泛的应用。目前较为常用的高效定向钻探技术，无论在探测的深度还是探测的准确性上，都要比常规钻探技术优越。在深部地质钻井勘探中，因钻柱操作不方便，可以利用绳索取芯技术，根据钻井深度调整提升或下降频率，利用仪器填充和取出岩芯，既便于施工，又减少了钻头磨损。在钻井时，如果发生了阻塞，可以利用工具将其取出，以减少岩心和钻头之间的摩擦力的影响，从而导致岩心的取心品质下降[6]。

4.4 金刚石绳索取芯技术

金刚石绳索岩心提取技术，是充分发挥了金刚石岩石硬度高、岩心硬度高等特点，实现了深层钻进寻找矿产资源的有效方法。相对于普通的钻井技术而言，由于金刚石的高密度与高硬度，使得其钻井的深度可以更深，所以被广泛用于深部地质勘探。在这种技术的具体实现中，使用了一种特殊的材料来制造绳索，这样就可以更好的对金刚石的方向进行控制，而且因为坚固的金刚石和这种特殊材料的绳索取芯可以被很好的结合起来，所以可以得到更好的碎石效果，而且不需要提钻，工作效率更高，还可以有效的减少钻探的费用，所以很适用于在深部地质钻探中。

4.5 其他工艺技术

笔者在本文中所分析的地质勘探钻探技术属于目前勘探市场上比较主流的技术，除了以上几种较为成熟的钻探技术工艺之外，还有以新理论、新材料、新发展要求为基础，初步开发出来的，但是其应用实践还不够成熟的新技术。比如，新型节水钻探技术就是专为干旱地区或者地质深部有水的地区而开发的一种新型技术，其采用的是新型节水理念，符合新时代可持续发展的要求，能够有效地解决水资源匮乏的问题，降低工作人员的劳动强度，最主要的是可以避免环境污染。现在，各个国家都在大力发展新的钻探工艺技术，而最新的研究结果，就是在钻头表面涂上一层薄薄的金属涂层，这就是所谓的金刚石钻头。不仅可以提高钻削的效率，延长钻削的寿命，还可以加快钻削的速度。

5 地质工程勘查中钻探技术方法及应用改进策略

5.1 规范钻探技术的操作流程

在地质工程勘查中，钻探技术作为重要的技术手段，其操作流程规范与否，直接影响着地质工程勘查质量，图3为钻探机器。因此，在实际钻探过程中，要严格按照相应的操作规范开展钻探工作，以确保钻探技术的科学性、合理性。工作人员要规范设计和施工方案。在进行钻探之前，要对所要进行钻探的区域进行地质环境勘查，并结合地质勘查的实际情况来制定相应的钻探技术方案。方案中不仅要考虑到工程项目所需要的各种地质条件、钻进速度以及钻头类型等因素，还要考虑到所选择的钻孔位置是否满足工程实际要求。在设计方案时，应全面分析工程项目施工区域的地形、地质条件等因素，结合实际情况进行设计[7]。

图3 钻探机器

5.2 制定完善的钻探技术制度

要想保证地质工程勘查中钻探技术的应用效果，就必须要制定完善的钻探技术制度，这一制度是保证钻探技术能够顺利应用的基础，只有这样才能够避免因钻探技术应用不当而影响到勘查工作的开展。在制定完善的钻探技术制度时，需要根据地质工程勘查中钻孔布置方案，按照相关要求确定好钻孔位置，并对钻孔深度、直径以及孔径进行详细规定。在钻孔过程中，要按照相关规定进行操作，确保施工人员按照规定执行。在钻进过程中，需要加强对钻具的检查工作，并对钻具的使用情况进行检查，只有这样才能够提高钻探作业效率，促进钻探技术的应用效果[8]。

5.3 提高钻探技术人员的专业素养

随着地质工程勘查中钻探技术方法的不断发展和进步，相应的钻探技术人员也需要具备较高的专业素养，因此，地质工程勘查中钻探技术人员需要具备较高的专业素养和职业道德。在地质工程勘查中，地质工作人员需要对相关的法律法规进行认真地学习和研究，并将其应用到实际工作中。同时，地质工程勘查中钻探技术人员还需要掌握相应的技能知识，这样才能有效地提高工作效率和质量，为地质工程勘查工作提供有效地支持。

5.4 加大钻探技术研发力度，增加资金投入

从当前地质工程勘查钻探技术的应用现状来看，还存在一些问题，严重影响着我国地质工程勘查行业的发展，为此，应该加大地质工程勘查钻探技术的研发力度，增加资金投入，解决钻探技术应用中存在的问题。一方面，可以从国外引进先进的钻探设备和钻探技术，促进我国地质工程勘查行业的发展。另一方面，可以结合我国具体的地质环境和施工要求，对不同类型的地质进行勘查分析，根据实际情况选择相应的钻探设备和技术进行施工。

6 结束语

总之，在产业技术进步的同时，能源问题也日益凸显。随着对矿产资源的日益迫切的需要，越来越多的学者开始将目光投向了地下勘探和深层钻井技术。随着深层矿物资源的开采，钻井与寻找变得越来越困难，文章对深层矿物勘探与常规钻井与寻找矿物学的技术特征进行了探讨，以便于有关部门对矿床的有利部位进行鉴别。