论文部分内容阅读
摘要：随着科学技术的进步和国民经济的快速发展，钻探工程在地质勘探、矿物开采等很多领域的应用将会日益增大，并且与其他尖端的科技将会结合应用，如地壳科学深钻等。本文从地质钻探技术和钻孔技术及其应用两个大方面对钻探工程技术及钻孔技术要点进行了分析。
关键词：钻探工程；技术；钻孔技术；
中图分类号： K826.16文献标识码：A 文章编号：
一、地质钻探技术
根据不同的外力的作用方式，可将现钻探方法分为冲击式钻探、回转式钻探、冲击回转式钻探和振动式钻探，个别特殊地层条件下喷射式钻探也常常被采用。如果根据钻探切削工具的不同又可将钻探方法分为钢粒钻探、硬质合金钻探和金刚石钻探。还有一些高效的钻探方法如热力法、熔融法和化学方法等，但这些方法因为成本高、技术难度大而未得到广泛适用。其中热力法包括高频电流钻、火焰喷射钻、微波钻等，熔融法包含等离子钻、电热钻、激光钻等，而化学方法常用的是利用化学试剂将岩石进行破碎。
1.1冲击式钻探
冲击式钻进是始创于中国的一种古老的钻井方法，早在１１世纪传入西方，目前在中国和国外都还在广泛适用。其钻进原理在于使用钢丝绳或钻杆相连用一字型或十字形钻头，上下运动冲击岩石，同时捞出岩屑和岩粉，形成钻孔。影响冲击钻进的速度主要是冲击频率、冲击功、冲击方式及传递三要数。冲击频率对钻进速度的影响根据冲击的频率不同，可将其分为４类：低频、中频、高频和超高频。冲击频率与钻进效率是成正比的，但当冲击频率达到某一定值后，这个比例关系就不再存在，相反而有所下降。这是因为单位时间内的重复次数多，孔内的岩屑来不及排出，沉积在钻头部位起到一个缓冲的作用。另外，冲击频率大，必然冲击时间过短，导致冲击功对于岩石的作用时间不够长，破岩不够完全而达不到高效率的体积破碎。冲击功大小对钻进速度有着最直接的影响。
1.2冲击回转式钻探
冲击回转式钻进的优点在于其能大大提高硬质层转速和回转进尺长度，降低钻孔弯曲程度，明显降低工程成本。冲击回转钻探通常采用以下２种冲击器实现，一种是利用钻孔中冲洗液能量驱动的冲击器来实现，称液动冲击回转钻探；另一种则利用压缩空气驱动的风动冲击器实现，称气动冲击回转钻探。液动冲击回转钻探系统是有泥浆泵将冲洗液注入冲击器驱动液动锤来产生动力对岩芯管和钻头进行冲击，钻杆则有钻机提供扭矩回转并同时对钻头施压。这种钻探方法也常与绳索取芯钻具相结合，被称为绳索取芯式液动冲击回转钻探。液动冲击器是冲击回转钻探中的关键组成部分。液动冲击回转钻探适用于地质岩芯钻探、工程地质钻探等，而且适合反循环钻探和深孔钻探中。
1.3振动式钻探
振动式钻进过程中利用振动器带动钻杆和碎岩工具产生周期性振动力。它除利用地表振动器和钻具对地层产生垂直静载外，还有钻具上下振动产生的高频冲击振动所产生的动载，对岩层周围或土层产生振动。在高频的振动下，岩层或土层的强度下降，岩层和土层在钻具和振动器自重和振动力的联合作用下，使钻头钻进岩土层，从而实现钻进的过程。振动钻进常采用机械式双轮双轴振动器，其采用双轴水平布置外，还可以上下平行布置。这样布置后不仅可以产生垂直振动，还可以产生横向振动。此外，还有单轴单轮振动器和单轴双轮振动器等布置方式。常用的振动器有无簧式和有簧式２类。其中有簧式振动锤由电动机、振动器、弹簧、冲头、砧子和接头组成。其特点是振动其与钻具分开，这样既可振动钻进，又可进行冲击振动钻进。另外喷射式钻探技术是利用钻孔冲洗液流经钻头喷嘴所形成的高压高能射流充分地清洗孔底的钻屑，使钻屑免于重复削切，并与机械作用联合破碎孔底岩石，达到提高机械转速的一种钻进技术。
二、钻孔技术及其应用
2.1钻孔技术的分类
在钻探工程中，为了揭露矿体，便于对矿床进行一个全面的调查研究工作，必须采用一些勘探，而钻探是快捷勘探深部矿体之非常有效的方法之一。如何合理正确高效地使用钻探工程，已经成为勘察工作中较为重要的问题之一。总体来说勘探工程可分為坑探和钻探２大类，钻探中常用的有浅钻、岩芯钻和坑内钻（或地下钻）等。
（１）浅钻。浅钻一般用来勘探埋藏深度不深的矿床近地表部分的矿体，当涌水量大时，浅钻可以代替浇井，其用途与浅井相似。浅钻的类型有很多，多半是自行安装在汽车上，机动性较强。其优点在于投入费用相对较少（经济）、使用便利（便利）、钻孔相对较浅（孔浅）、容易搬运（易搬），其缺点在于不能在硬质岩层地区进行钻探。
（２）岩芯钻。作为一个用来了解矿体深部地质情况的工程手段，岩芯钻在对矿场进行勘探的过程中得到广泛运用。为了了解矿场规模或矿体向地下深部延伸情况，或者为了寻找并勘探盲矿体等，一般都要用到岩芯钻，不管是在山区或者平地，无论有无矿种或者矿场的复杂程度怎样，通过观测在钻进过程中钻机所采取的岩芯及岩粉，可详细地研究钻头所穿过的岩石以及矿场的地质构造，同时计算矿产的产量。岩芯采取率一般不应小于６０％～７０％，当矿体倾角较大时，可直接采用倾斜钻孔的方式进行钻孔。在某些特殊情况下，在施工允许的弯曲范围内，也可将钻进的倾斜角度随着深度均匀变化，最终按计划的角度穿过矿体的定向钻。
（３）地下钻。水平坑道中打进的岩芯钻称为地下钻，也叫坑内钻。这种钻探的工程手段在对许多矿体数量多、矿体产状复杂的矿床进行详细勘探或生产勘探时非常有效，同时其时效性、经济性是其他方法无法比拟的。
2.2钻孔技术的应用探讨
一般情况下，钻孔深度和直径的大小往往取决于钻孔的用途和地质情况。钻孔就是为了获取矿心、岩心、液、气态样品和岩屑等第一手地下地质实物资料，以便于施工人员观测地下水层水文地质动态和制度开采地热、地下水、油气等矿产资源的依据。目前，钻孔技术已经广泛应用于许多部门，并呈现出其诱人的应用前景。主要体现在：1）钻探水井，以便于人们开采地下水资源，为农业、工业、国防及人们生活用水的开发提供可靠的水文地质资料数据，降低地下水资源的开采成本；2）工程基础施工钻孔，勘探工程施工现场地质条件，让施工人员更详细地了解地下溶解岩盐、水文、地质等参数，为加固处理建筑工程基础提供保障；3）在采矿或隧道等工程施工中，往往辅助钻孔施工，因为，通过钻孔施工能够很好地满足探水、排水、冻结、探气、通讯安装管线、爆破以及运输等施工要求，极大地提高工程施工效率；4）用于水文、石油钻井勘查和开发石油、天然气等工程勘探；5）用于了解地质构造与地质地貌，实现地质普查或勘探钻孔，从而便于人们找矿或探明矿产储量。
三、结束语
科学的不断发展在一定程度上为钻探工程提供了一个更为广阔的应用前景，同时也给钻探工程带来了紧迫感。钻探技术的发展进步可能对整个地质学理论带来挑战，从而促使资源、新材料以及地质灾害的防治提供更为全面、准确的数据。
参考文献：
[1]付承亮。 浅析钻探工程施工技术设计要求[J]。 广东科技,2012,(23)。
[2]徐景珠,王秋成。 论工程地质钻探中的钻孔找矿技术[J]。 西部探矿工程,2013,(1)。
[3]王博。 浅论煤层气参数井钻探技术[J]。 中国新技术新产品,2012,(21)。
[4]彭华秀。 工程地质钻探中的钻孔技术及其应用[J]。 江西建材,2012,(5)。
[5]李振学。 高原地区钻探施工组织与技术管理措施[J]。 探矿工程(岩土钻掘工程),2012,(10)。
[6]徐国忠。 我国深部找矿钻探技术探讨[J]。 西部探矿工程,2012,(10)。
关键词：钻探工程；技术；钻孔技术；
中图分类号： K826.16文献标识码：A 文章编号：
一、地质钻探技术
根据不同的外力的作用方式，可将现钻探方法分为冲击式钻探、回转式钻探、冲击回转式钻探和振动式钻探，个别特殊地层条件下喷射式钻探也常常被采用。如果根据钻探切削工具的不同又可将钻探方法分为钢粒钻探、硬质合金钻探和金刚石钻探。还有一些高效的钻探方法如热力法、熔融法和化学方法等，但这些方法因为成本高、技术难度大而未得到广泛适用。其中热力法包括高频电流钻、火焰喷射钻、微波钻等，熔融法包含等离子钻、电热钻、激光钻等，而化学方法常用的是利用化学试剂将岩石进行破碎。
1.1冲击式钻探
冲击式钻进是始创于中国的一种古老的钻井方法，早在１１世纪传入西方，目前在中国和国外都还在广泛适用。其钻进原理在于使用钢丝绳或钻杆相连用一字型或十字形钻头，上下运动冲击岩石，同时捞出岩屑和岩粉，形成钻孔。影响冲击钻进的速度主要是冲击频率、冲击功、冲击方式及传递三要数。冲击频率对钻进速度的影响根据冲击的频率不同，可将其分为４类：低频、中频、高频和超高频。冲击频率与钻进效率是成正比的，但当冲击频率达到某一定值后，这个比例关系就不再存在，相反而有所下降。这是因为单位时间内的重复次数多，孔内的岩屑来不及排出，沉积在钻头部位起到一个缓冲的作用。另外，冲击频率大，必然冲击时间过短，导致冲击功对于岩石的作用时间不够长，破岩不够完全而达不到高效率的体积破碎。冲击功大小对钻进速度有着最直接的影响。
1.2冲击回转式钻探
冲击回转式钻进的优点在于其能大大提高硬质层转速和回转进尺长度，降低钻孔弯曲程度，明显降低工程成本。冲击回转钻探通常采用以下２种冲击器实现，一种是利用钻孔中冲洗液能量驱动的冲击器来实现，称液动冲击回转钻探；另一种则利用压缩空气驱动的风动冲击器实现，称气动冲击回转钻探。液动冲击回转钻探系统是有泥浆泵将冲洗液注入冲击器驱动液动锤来产生动力对岩芯管和钻头进行冲击，钻杆则有钻机提供扭矩回转并同时对钻头施压。这种钻探方法也常与绳索取芯钻具相结合，被称为绳索取芯式液动冲击回转钻探。液动冲击器是冲击回转钻探中的关键组成部分。液动冲击回转钻探适用于地质岩芯钻探、工程地质钻探等，而且适合反循环钻探和深孔钻探中。
1.3振动式钻探
振动式钻进过程中利用振动器带动钻杆和碎岩工具产生周期性振动力。它除利用地表振动器和钻具对地层产生垂直静载外，还有钻具上下振动产生的高频冲击振动所产生的动载，对岩层周围或土层产生振动。在高频的振动下，岩层或土层的强度下降，岩层和土层在钻具和振动器自重和振动力的联合作用下，使钻头钻进岩土层，从而实现钻进的过程。振动钻进常采用机械式双轮双轴振动器，其采用双轴水平布置外，还可以上下平行布置。这样布置后不仅可以产生垂直振动，还可以产生横向振动。此外，还有单轴单轮振动器和单轴双轮振动器等布置方式。常用的振动器有无簧式和有簧式２类。其中有簧式振动锤由电动机、振动器、弹簧、冲头、砧子和接头组成。其特点是振动其与钻具分开，这样既可振动钻进，又可进行冲击振动钻进。另外喷射式钻探技术是利用钻孔冲洗液流经钻头喷嘴所形成的高压高能射流充分地清洗孔底的钻屑，使钻屑免于重复削切，并与机械作用联合破碎孔底岩石，达到提高机械转速的一种钻进技术。
二、钻孔技术及其应用
2.1钻孔技术的分类
在钻探工程中，为了揭露矿体，便于对矿床进行一个全面的调查研究工作，必须采用一些勘探，而钻探是快捷勘探深部矿体之非常有效的方法之一。如何合理正确高效地使用钻探工程，已经成为勘察工作中较为重要的问题之一。总体来说勘探工程可分為坑探和钻探２大类，钻探中常用的有浅钻、岩芯钻和坑内钻（或地下钻）等。
（１）浅钻。浅钻一般用来勘探埋藏深度不深的矿床近地表部分的矿体，当涌水量大时，浅钻可以代替浇井，其用途与浅井相似。浅钻的类型有很多，多半是自行安装在汽车上，机动性较强。其优点在于投入费用相对较少（经济）、使用便利（便利）、钻孔相对较浅（孔浅）、容易搬运（易搬），其缺点在于不能在硬质岩层地区进行钻探。
（２）岩芯钻。作为一个用来了解矿体深部地质情况的工程手段，岩芯钻在对矿场进行勘探的过程中得到广泛运用。为了了解矿场规模或矿体向地下深部延伸情况，或者为了寻找并勘探盲矿体等，一般都要用到岩芯钻，不管是在山区或者平地，无论有无矿种或者矿场的复杂程度怎样，通过观测在钻进过程中钻机所采取的岩芯及岩粉，可详细地研究钻头所穿过的岩石以及矿场的地质构造，同时计算矿产的产量。岩芯采取率一般不应小于６０％～７０％，当矿体倾角较大时，可直接采用倾斜钻孔的方式进行钻孔。在某些特殊情况下，在施工允许的弯曲范围内，也可将钻进的倾斜角度随着深度均匀变化，最终按计划的角度穿过矿体的定向钻。
（３）地下钻。水平坑道中打进的岩芯钻称为地下钻，也叫坑内钻。这种钻探的工程手段在对许多矿体数量多、矿体产状复杂的矿床进行详细勘探或生产勘探时非常有效，同时其时效性、经济性是其他方法无法比拟的。
2.2钻孔技术的应用探讨
一般情况下，钻孔深度和直径的大小往往取决于钻孔的用途和地质情况。钻孔就是为了获取矿心、岩心、液、气态样品和岩屑等第一手地下地质实物资料，以便于施工人员观测地下水层水文地质动态和制度开采地热、地下水、油气等矿产资源的依据。目前，钻孔技术已经广泛应用于许多部门，并呈现出其诱人的应用前景。主要体现在：1）钻探水井，以便于人们开采地下水资源，为农业、工业、国防及人们生活用水的开发提供可靠的水文地质资料数据，降低地下水资源的开采成本；2）工程基础施工钻孔，勘探工程施工现场地质条件，让施工人员更详细地了解地下溶解岩盐、水文、地质等参数，为加固处理建筑工程基础提供保障；3）在采矿或隧道等工程施工中，往往辅助钻孔施工，因为，通过钻孔施工能够很好地满足探水、排水、冻结、探气、通讯安装管线、爆破以及运输等施工要求，极大地提高工程施工效率；4）用于水文、石油钻井勘查和开发石油、天然气等工程勘探；5）用于了解地质构造与地质地貌，实现地质普查或勘探钻孔，从而便于人们找矿或探明矿产储量。
三、结束语
科学的不断发展在一定程度上为钻探工程提供了一个更为广阔的应用前景，同时也给钻探工程带来了紧迫感。钻探技术的发展进步可能对整个地质学理论带来挑战，从而促使资源、新材料以及地质灾害的防治提供更为全面、准确的数据。
参考文献：
[1]付承亮。 浅析钻探工程施工技术设计要求[J]。 广东科技,2012,(23)。
[2]徐景珠,王秋成。 论工程地质钻探中的钻孔找矿技术[J]。 西部探矿工程,2013,(1)。
[3]王博。 浅论煤层气参数井钻探技术[J]。 中国新技术新产品,2012,(21)。
[4]彭华秀。 工程地质钻探中的钻孔技术及其应用[J]。 江西建材,2012,(5)。
[5]李振学。 高原地区钻探施工组织与技术管理措施[J]。 探矿工程(岩土钻掘工程),2012,(10)。
[6]徐国忠。 我国深部找矿钻探技术探讨[J]。 西部探矿工程,2012,(10)。