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(chǔ)量的工程技術(shù)稱(chēng)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(jì),在預(yù)定地點(diǎn),利用鉆探設(shè)備鉆穿巖層,取得巖樣、水樣、土樣等實(shí)物資料,并通過(guò)鉆孔進(jìn)行地下物理測(cè)量或地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)等，在地質(zhì)勘探中應(yīng)用最廣。
　　在分析了目前我國(guó)地質(zhì)工作對(duì)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(guó)地質(zhì)鉆探技術(shù)的遠(yuǎn)期、中長(zhǎng)期、近期發(fā)展目標(biāo)，明確了近期研發(fā)工作的重點(diǎn)和計(jì)劃，并強(qiáng)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(qiáng)探礦工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)作用的問(wèn)題。
　　目前常規(guī)鉆探技術(shù)，實(shí)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(wú)心鉆頭穿過(guò)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(jìn)時(shí)受鉆具振動(dòng)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(jìn);P2s以泥巖、粉砂巖為主,夾含礫中~粗粒長(zhǎng)石石英砂巖(K5),平均厚度305?32m;P1x泥巖,細(xì)~粗粒長(zhǎng)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(qiáng)型PDC復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn);P1s泥頁(yè)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(zhǎng)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(qiáng),地下水豐富,承壓水力大,鉆孔縮徑或涌水時(shí)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(qiáng)型PDC復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn),煤層用108mm半合管取煤鉆進(jìn)。
　　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(jī)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(zhǎng)。八十年代探礦鉆機(jī)以XY-4為代表，探明了大部分800米以?xún)?nèi)孔深的資源，800米以?xún)?nèi)的資源大都開(kāi)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(jī)型為主體的探礦設(shè)備，揭示了很多1400米深度以?xún)?nèi)的礦產(chǎn)。以后礦產(chǎn)資源開(kāi)采，一是，淺部越來(lái)越少，往深部發(fā)展；二是，國(guó)外資源的利用。今后鉆探設(shè)備的設(shè)計(jì)方向，鉆機(jī)控制系統(tǒng)要電子化，人性化，井內(nèi)觀測(cè)影像清淅、準(zhǔn)確化。鉆探技術(shù)發(fā)展要與時(shí)俱進(jìn)，加快步伐，鉆探技術(shù)的創(chuàng)新，給我們?cè)趪?guó)際市場(chǎng)上提高競(jìng)爭(zhēng)力，解決我國(guó)能源供應(yīng)與需求的“瓶頸”問(wèn)題。
　　1.2加強(qiáng)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(dòng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，提高社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展水平，進(jìn)而促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新可實(shí)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(jì)效果，使一些常規(guī)方法難以解決的問(wèn)題得到解決。這里舉1個(gè)鉆探技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新取得顯著成效的實(shí)例。
　　實(shí)例是中國(guó)大陸科學(xué)鉆探工程科鉆一井。該項(xiàng)目是在堅(jiān)硬的結(jié)晶巖中施工5000m連續(xù)取心鉆孔。這種施工在我國(guó)沒(méi)有先例，在世界上也屬高難度鉆井工程。該井在施工時(shí)采取了一系列的技術(shù)創(chuàng)新，涉及套管和鉆進(jìn)施工程序、取心鉆進(jìn)技術(shù)、擴(kuò)孔鉆進(jìn)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(dá)一液動(dòng)錘一金剛石取心鉆進(jìn)方法，使機(jī)械鉆速提高50%以上，回次長(zhǎng)度由3m提高到8～9m，大大節(jié)省了施工時(shí)間和成本。
　　1. 3加強(qiáng)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(lái)，到在鉆探施工中得到普遍應(yīng)用，通常需要花很長(zhǎng)的時(shí)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(chǎng)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(huì)直接影響到科技成果轉(zhuǎn)化及其得到實(shí)際應(yīng)用所需的時(shí)間，影響地質(zhì)鉆探技術(shù)現(xiàn)代化的進(jìn)程。為獲得好的效果，該項(xiàng)工作應(yīng)有計(jì)劃、有組織地開(kāi)展，因?yàn)檠邪l(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(xiàng)目工作的計(jì)劃和組織實(shí)施，需要一種全局性和長(zhǎng)遠(yuǎn)的考慮。這些年來(lái)，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(duì)比較薄弱的環(huán)節(jié)，加強(qiáng)此方面工作是當(dāng)務(wù)之急。
　　1. 4加強(qiáng)探礦工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)的作用
　　地勘單位管理體制改革后，我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)沒(méi)有全國(guó)性的探礦工程專(zhuān)業(yè)技術(shù)管理部門(mén)。盡管中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局還在組織公益性的鉆探技術(shù)研究開(kāi)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(méi)有行政關(guān)系，只能通過(guò)項(xiàng)目與一些單位進(jìn)行聯(lián)系，并且中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)鉆探技術(shù)研發(fā)工作的重點(diǎn)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(guó)地質(zhì)調(diào)查局也無(wú)法對(duì)全國(guó)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(jī)構(gòu)應(yīng)該是中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)探礦工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)。探礦工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)是一個(gè)行業(yè)性組織，在地質(zhì)鉆探行業(yè)具有號(hào)召力。該委員會(huì)應(yīng)該利用其號(hào)召力，組織地質(zhì)鉆探行業(yè)的專(zhuān)家考慮地質(zhì)鉆探技術(shù)的發(fā)展大計(jì)，包括制定發(fā)展規(guī)劃、制定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、開(kāi)展技術(shù)交流和技術(shù)培訓(xùn)等。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局應(yīng)積極配合，協(xié)助探礦工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)開(kāi)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(shí)例
　　2.1鉆探技術(shù)應(yīng)用愈來(lái)愈專(zhuān)業(yè)化。其專(zhuān)業(yè)化主要呈兩種表現(xiàn)方式：第一，在礦種方面趨于專(zhuān)業(yè)化，如膨潤(rùn)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(zhuān)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(lái)我國(guó)加大投資力度向地質(zhì)找礦勘查傾斜，特別加強(qiáng)鐵礦、煤炭的勘查，許多新技術(shù)的運(yùn)用也更多地在這兩個(gè)領(lǐng)域得到實(shí)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(jiān)硬巖石里定向運(yùn)動(dòng)，先垂直向下，然后水平鉆進(jìn)，按你的要求軌跡運(yùn)行。簡(jiǎn)單地說(shuō)，如果有一個(gè)事先打好的孔，它可以摸到那個(gè)孔位。這種技術(shù)還在石油和天然氣勘察中得到廣泛運(yùn)用，由此可見(jiàn)，其專(zhuān)業(yè)化在礦產(chǎn)勘查中的作用越來(lái)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(shí)如果按傳統(tǒng)做法采用水作為循環(huán)液，那么施工過(guò)程中需要配備專(zhuān)門(mén)的供水車(chē)，而且要到很遠(yuǎn)地方拉水，這樣一來(lái)成本非常高。僅供水的施工費(fèi)用就占總施工費(fèi)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(lèi)極端缺水地區(qū)鉆探的難題，直到開(kāi)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(wú)處不在的特點(diǎn)，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(jìn)高效的空氣鉆進(jìn)與繩索取心鉆探技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，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(jiàn)，新技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)的可觀經(jīng)濟(jì)效益。
　　2.3在眾多膠結(jié)松散、振動(dòng)易碎的地層中，歷來(lái)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(gè)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(wèn)題多年來(lái)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(lái)。多年的實(shí)踐證實(shí)，這項(xiàng)技術(shù)在這類(lèi)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(yǔ)
　　總之，為加強(qiáng)地質(zhì)工作，實(shí)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(jìn)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(jì)效益。