關(guān)于地質(zhì)鉆探技術(shù)的探討

在地質(zhì)勘探工作中,為探明礦體或地質(zhì)體的形態(tài)、產(chǎn)狀、深度、規(guī)模、結(jié)構(gòu)和儲量的工程技術(shù)稱為勘探技術(shù),包括鉆探工程和坑探工程。在地質(zhì)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(xué)勘查。地質(zhì)勘探鉆探,根據(jù)地質(zhì)設(shè)計,在預(yù)定地點,利用鉆探設(shè)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(tài)觀測等，在地質(zhì)勘探中應(yīng)用最廣。
　　在分析了目前我國地質(zhì)工作對鉆探技術(shù)的需求以及地質(zhì)鉆探技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了我國地質(zhì)鉆探技術(shù)的遠期、中長期、近期發(fā)展目標(biāo)，明確了近期研發(fā)工作的重點和計劃，并強調(diào)了科技創(chuàng)新，新方法、新技術(shù)的推廣應(yīng)用的重要性和加強探礦工程專業(yè)委員會作用的問題。
　　目前常規(guī)鉆探技術(shù)，實例是富源新興煤礦礦區(qū)：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(zhì)砂巖為主,夾含礫砂巖,平均厚度466.78m,由風(fēng)化殘積土及礫石充填,呈松散半膠結(jié)狀態(tài),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(fā)生坍塌或漏失現(xiàn)象,用113mm普通型PDC復(fù)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(zhì)膠結(jié),巖溶裂隙發(fā)育,地下水力聯(lián)系密切,斷層破碎帶常出現(xiàn)漏失—涌水—漏失現(xiàn)象,用113mm普通型和加強型PDC復(fù)合片鉆頭鉆進;P1s泥頁巖,粗砂巖(K3),炭質(zhì)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?guī)r(K2),中粒石英砂巖(K1),炭質(zhì)泥巖及煤層,平均厚度71.17m,其中t4、t3為主采煤層;02m泥灰?guī)r,中~粗粒長石石英砂巖,平均厚度42.66m;煤系地層硅質(zhì)膠結(jié),灰?guī)r多破碎,且研磨性大,構(gòu)造裂隙較發(fā)育,穩(wěn)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(fā)生。本區(qū)煤質(zhì)為肥煤和焦煤,煤質(zhì)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(fù)合片鉆頭鉆進,煤層用108mm半合管取煤鉆進。
　　1. 鉆探設(shè)備及技術(shù)創(chuàng)新
　　1.1鉆探設(shè)備
　　鉆探設(shè)備是鉆探科學(xué)中起決定作用的因素，它是鉆探行業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展水平的標(biāo)志。要改變現(xiàn)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(nèi)孔深的資源，800米以內(nèi)的資源大都開采完或逐漸減少。2000年以后，隨著礦產(chǎn)資源的短缺，以XY-4-4、XY-5機型為主體的探礦設(shè)備，揭示了很多1400米深度以內(nèi)的礦產(chǎn)。以后礦產(chǎn)資源開采，一是，淺部越來越少，往深部發(fā)展；二是，國外資源的利用。今后鉆探設(shè)備的設(shè)計方向，鉆機控制系統(tǒng)要電子化，人性化，井內(nèi)觀測影像清淅、準(zhǔn)確化。鉆探技術(shù)發(fā)展要與時俱進，加快步伐，鉆探技術(shù)的創(chuàng)新，給我們在國際市場上提高競爭力，解決我國能源供應(yīng)與需求的“瓶頸”問題。
　　1.2加強技術(shù)創(chuàng)新
　　技術(shù)創(chuàng)新的核心內(nèi)容是科學(xué)技術(shù)的發(fā)明和創(chuàng)造，其直接結(jié)果是推動科學(xué)技術(shù)進步，提高社會生產(chǎn)力的發(fā)展水平，進而促進社會經(jīng)濟的增長。通過技術(shù)創(chuàng)新可實現(xiàn)技術(shù)跨越式發(fā)展，在短期內(nèi)獲得顯著的技術(shù)經(jīng)濟效果，使一些常規(guī)方法難以解決的問題得到解決。這里舉1個鉆探技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新取得顯著成效的實例。
　　實例是中國大陸科學(xué)鉆探工程科鉆一井。該項目是在堅硬的結(jié)晶巖中施工5000m連續(xù)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(shù)創(chuàng)新，涉及套管和鉆進施工程序、取心鉆進技術(shù)、擴孔鉆進技術(shù)和井斜控制技術(shù)，最終獲得了高效、優(yōu)質(zhì)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(jié)省了施工時間和成本。
　　1. 3加強新方法、新技術(shù)推廣應(yīng)用
　　新方法、新技術(shù)從研發(fā)出來，到在鉆探施工中得到普遍應(yīng)用，通常需要花很長的時間，做大量的推廣應(yīng)用工作。推廣應(yīng)用工作包括宣傳、現(xiàn)場演示、技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)交流等。這些環(huán)節(jié)工作效果的好壞，都會直接影響到科技成果轉(zhuǎn)化及其得到實際應(yīng)用所需的時間，影響地質(zhì)鉆探技術(shù)現(xiàn)代化的進程。為獲得好的效果，該項工作應(yīng)有計劃、有組織地開展，因為研發(fā)單位通常只是從本單位的利益和眼前的利益考慮推廣應(yīng)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(shù)研究與應(yīng)用的所有環(huán)節(jié)中，科技成果推廣應(yīng)用是相對比較薄弱的環(huán)節(jié)，加強此方面工作是當(dāng)務(wù)之急。
　　1. 4加強探礦工程專業(yè)委員會的作用
　　地勘單位管理體制改革后，我國現(xiàn)在已經(jīng)沒有全國性的探礦工程專業(yè)技術(shù)管理部門。盡管中國地質(zhì)調(diào)查局還在組織公益性的鉆探技術(shù)研究開發(fā)和推廣應(yīng)用，但由于其與大量的地質(zhì)鉆探技術(shù)研發(fā)單位和應(yīng)用單位之間沒有行政關(guān)系，只能通過項目與一些單位進行聯(lián)系，并且中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)鉆探技術(shù)研發(fā)工作的重點僅限于與該局的職責(zé)和任務(wù)有關(guān)的方面，并不涉及地質(zhì)鉆探技術(shù)的所有方面。因此，中國地質(zhì)調(diào)查局也無法對全國的地質(zhì)鉆探技術(shù)的發(fā)展做全面規(guī)劃?，F(xiàn)在唯一能做這件事的機構(gòu)應(yīng)該是中國地質(zhì)學(xué)會探礦工程專業(yè)委員會。探礦工程專業(yè)委員會是一個行業(yè)性組織，在地質(zhì)鉆探行業(yè)具有號召力。該委員會應(yīng)該利用其號召力，組織地質(zhì)鉆探行業(yè)的專家考慮地質(zhì)鉆探技術(shù)的發(fā)展大計，包括制定發(fā)展規(guī)劃、制定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、開展技術(shù)交流和技術(shù)培訓(xùn)等。中國地質(zhì)調(diào)查局應(yīng)積極配合，協(xié)助探礦工程專業(yè)委員會開展此方面的工作。
　　2.鉆探新技術(shù)在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用實例
　　2.1鉆探技術(shù)應(yīng)用愈來愈專業(yè)化。其專業(yè)化主要呈兩種表現(xiàn)方式：第一，在礦種方面趨于專業(yè)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(qū)域方面趨于專業(yè)化，如卵礫石層鉆探、黃土地區(qū)鉆探、水上鉆探、污染地區(qū)鉆探、河谷區(qū)鉆探、凍土層鉆探等。近年來我國加大投資力度向地質(zhì)找礦勘查傾斜，特別加強鐵礦、煤炭的勘查，許多新技術(shù)的運用也更多地在這兩個領(lǐng)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(shù)，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(shù)還在石油和天然氣勘察中得到廣泛運用，由此可見，其專業(yè)化在礦產(chǎn)勘查中的作用越來越明顯。
　　2.2眾所周知，在西部很多地區(qū)存在干旱缺水、地層破碎漏失的地質(zhì)特性，鉆探施工時如果按傳統(tǒng)做法采用水作為循環(huán)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(jié)水鉆探技術(shù)，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(qū)鉆探的難題，直到開發(fā)了空氣組合新型鉆探技術(shù)才算是得以解決。它屬于非傳統(tǒng)節(jié)水鉆探方法的創(chuàng)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(huán)介質(zhì)，將當(dāng)前先進高效的空氣鉆進與繩索取心鉆探技術(shù)有機結(jié)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(shù)應(yīng)用帶來的可觀經(jīng)濟效益。
　　2.3在眾多膠結(jié)松散、振動易碎的地層中，歷來取心率很低，大概為10％～30％，傳統(tǒng)鉆具所取出的“巖心”，僅有幾個礫石而已，松散膠結(jié)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(shù)人員，直到研制出射流式雙管鉆具后才得以解決。此技術(shù)的應(yīng)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(jié)構(gòu)。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(zhì)資料被完整地采取上來。多年的實踐證實，這項技術(shù)在這類地區(qū)的鉆探施工應(yīng)用具有里程碑式的意義。
　　3.結(jié)束語
　　總之，為加強地質(zhì)工作，實現(xiàn)地質(zhì)勘查工作的要求，必須研發(fā)及應(yīng)用當(dāng)代最先進的鉆探技術(shù)與裝備，盡早使設(shè)備更新?lián)Q代。采用最新的鉆探技術(shù)及工藝方法，提升礦產(chǎn)勘查的技術(shù)水平和經(jīng)濟效益。