| 标题 | 地质钻探中新技术的应用之刍议 |
| 范文 | 龙广庆 摘 要：地质钻探就是利用钻机从地表向地下进行钻进，在此过程中地质钻探的关键环节就是钻探设备的选型、钻探技术的选定、钻孔过程中样本的取出和保持钻孔壁的稳定。本文从深海海洋和深孔地质钻探设备新技术；受控定向和反循环钻进技术的应用；深海取样新技术、钻孔堵漏和极地地区钻井液几方面地质钻探中几种新技术的应用进行了阐述，以供大家参考。 关键词：地质钻探；新技术；应用 地质钻探就是利用钻机从地表向地下进行钻进，并在钻孔的不同深度取出岩心、矿样或土样，通过对这些钻探得到的样本的研究，来测定样本的各种物理或化学特性，以此来鉴定和划分地层的特性。在此过程中地质钻探的关键环节就是钻探设备的选型、钻探技术的选定、钻孔过程中样本的取出和保持钻孔壁的稳定。所以地质钻探的新技术的应用也往往是从这四个方面展开的。 1 地质钻探中钻探设备新技术的应用 随着我国对各类能源矿产需求的增大，地质钻探的区域也从原来的内陆腹地向极地和海洋发展，特别是对深海地区这里各种矿藏蕴涵极为丰富，更是近些年来地质钻探的热点地区。 1.1 深海和大洋地质钻探设备中新技术的应用 深海和大洋地质钻探主要是对海洋大陆架或海床地质钻探取样，用以对海洋的地质调查，以便充分利用好海底的矿藏。在21世纪初我国海洋地质钻探基本处于空白状态，由于国外一直处于海洋钻探的领先地位，而且对我国进行技术封锁，我们的地质钻探工作基本是依靠外國的钻探船和技术。最近这几年内我国的海洋地质钻探船和相应的技术从无到有，有了长足的进展。特别是2017年我国自主设计、建造的“海洋地质十号”综合地质调查船在广东东莞出坞下水，该船填补了我国小吨位大钻深海洋地质钻探船的空白，提升了海洋地质调查能力，也标志着我国海洋地质综合调查能力跻身世界前列。该船可以实现在全球无限航区开展海洋地质调查工作，配置了我国首套自主研制的举升式海洋钻探系统。这种举升式钻井，是在海洋钻探作业时，将钻井隔水管内注满海水，在钻井过程中海底的泥浆泵泵出的泥浆从小直径管线旁路返回至隔水管环内，使隔水管环空内流体的密度与海水相当，从而降低海底隔水管环空周边液柱的静压力，使之与海底泥面下井眼环空内压力、井底压力得到有效的控制，并与海底地层压力和破裂压力之间间隙的压力平衡，从而实现安全钻井作业的技术。 1.2 深孔地质钻探设备中新技术的应用 随着探矿技术的发展，我们要向更深层次的地层进行钻探，这就需要深孔地质钻探设备。深孔钻探中随着钻进深度的加深，钻孔壁会变得脆弱，出现塌孔掉块现象，而且空内不可预见的问题也随时会发生，所以深孔钻探设备必须解决这些问题。所以在深孔钻探设备中采用变频电机，通过钻头对岩心硬度的检测，自动调整电机功率，实现自动减速和变档旋转钻柱， 并沿导绳上下移动， 通过主绞车控制实现减压钻进功能。在主 绞 车和顶驱变频电机之间，通过大减速比变速箱，实现绞车绳速和拉力、顶驱转速和扭矩无级调整和限制。电气控制上微机PLC变频系统， 可以自动调整钻矩、钻头钻进位置和稳定转速，把钻压精度保持在4 00～1000N。 2 地质钻探中钻探工艺上新技术的应用 2.1 受控定向钻进技术 近些年来随着页岩气的开发，受控定向钻进技术有了突飞猛进的发展，受控定向钻进技术就是在地质钻探过程中使钻孔按照事先设计好的轨迹进行钻进，并实现既定的钻进目标。在受控定向钻进施工工艺中，液动螺杆钻是主要设备，在下钻是无载荷条件下进行的，钻具启动后徐徐下放，待钻头到达孔底后，再逐步加大钻压，直至正常钻压。在造斜钻进过程中，钻杆是不转动的，操作者密切注意水泵压力，通过对压力的判定，来确定螺杆钻具是否工作正常。当泵压正常时，说明钻杆柱上载荷均匀，工作正常，如果泵压升高，说明钻杆柱上的反扭矩增加，孔内有异常，应立即减小钻压，若泵压持续不能改善，应立即提升钻具。在钻进过程中，应及时对钻进方向进行测量，一般每钻进5米就要进行一次测量，同时在进行定向受控钻进要对钻进的地层进行分析，选择适当的造斜钻头，当在松软地层螺杆钻就可以，但是要在螺杆杆钻配用 “ 弯接头或”弯外管 。当在较高硬度岩层进行钻进时，要选用较高强度的钻头，一般来说，岩层硬度在五级以下时采用合金造斜钻头，在六级以上时要选用金刚石造斜钻头。在受控定向钻进中最难的就是分枝孔的钻进，其核心在于在主孔分枝点处按照岩层特点和设计要求灌注水泥，在水泥凝固后 ， 下常规钻具探灰面并扫孔到分枝点上部 处，提出钻具。将组合好的造斜钻具下到距孔底处， 定向，拧紧防反转器螺母，开泵，造斜钻进。 2.2 反循环钻进技术 反循环钻进技术就是冲洗液循环方式与我们经常使用的传统的正循环相反的一种循环方式，经常使用于大口径的岩心钻探、水井施工和工程技术钻进，在其钻进过程中，钻孔内保持较高的水位，冲洗液的静压力与地层压力平衡，同时冲洗液压力较高，可以排除孔底集聚的岩屑。使岩屑不受重复破碎，钻进时不易堵钻，从而提高钻进速度，目前国内有三种方式分别是泵吸反循环、压缩空气反循环（又称气举反循环）和射流反循环等。泵吸反循环利用离心泵或轴流泵的抽吸力量使钻杆内部的液体携带岩屑经钻杆上升并经水泵出水口排出。压气反循环钻进是将压缩空气通过供气管路送至井内汽水混合室，使压气与钻杆内的水混合，从而形成比重小于1的气水混合体，在钻杆外侧水柱压力的作用下，钻杆内气水混合体挟带岩屑不断上升，将岩屑排出井外。 射流反循环钻进方式是利用高速的液流（清水或泥浆）经喷嘴射入循环管路，造成负压，这种负压使管路产生抽吸作用，液流挟带岩屑在抽吸作用下经钻杆上升排出井外。 3 海洋地质钻探中取心钻具新技术的应用 在海洋地质钻探中取样系统都采用绳索取心系统，根据不同地层有多取心钻具种。回转取心器适用于海底2000米内中等硬度的岩层，切削岩心采用回转牙轮钻头，打捞系统是通过钢丝冲击杆和岩心管回收系统取样。而在特别软的地层，采用液压活塞取心器，钻头通过冲击压入海底，并通过内部的翻板装置将样本取出。而在在200米以内海底，软泥与半固结地层中，也可以使用高级活塞取心器、冲击杆取心器。 4 地质钻探中堵漏新技术的应用 在地质钻探中由于钻井液对孔壁的破坏，恶化了孔内孔内压力的平衡，极易造成各种事故，因此对于钻探堵漏技术的研究伴随钻探技手段的变化也在不断的演变。目前我国在堵漏技术方面，主要从堵漏剂和钻井液两方面发展。 在堵漏剂研究方面又有高强度快速失水堵漏和化学触变堵漏技术的研究方向。高强度失水堵漏技术是将拉筋材料、架桥材料和助滤剂等材料合理配比的堵漏剂快速的灌注到孔内地层的空隙处，并通过快速失水使堵漏材料堆积在孔内，使孔壁周围的裂隙和空隙得到封堵，其强度和密度均高于周围孔内土層。当堵漏剂材料中，其主要成分还有某种化学材料，这种化学材料一旦与孔壁裂隙和空隙中物质相遇就会产生化学反应，生成一种不溶于水的胶体，这种堵漏方法就是化学触变堵漏法。这这两种堵漏方法其实质就对于堵漏剂的不同研究。 从钻井液方面，主要是从事先防范的角度出发，在钻井液中配比一定的溶胀性物质，这种物质随着钻井液一同进入到钻孔孔壁，这种物质通过逐渐的积累在孔壁，通过溶胀物质的吸水作用，使孔壁周围形成一种致密的保护层，从而防止孔壁的塌落。 5 结语 俗话说“工欲善必先利其器”，为了我国地质钻探技术的发展，我们要在现有技术上进行突破，从钻探的效率、钻探的深度、钻探的地域和环境、环境保护等几方面进行创新型研究，切实实现习近平总书记对于科技工作者“创新是第一动力的”的要求，将地质钻探任务完成的更好，也为新时代能源、科研发展提供有力的保障。 参考文献： [1]冉恒谦，张金昌，谢文卫，等.地质钻探技术与应用研究[J].地质学报，2014， 85（11）：18061822. [2]张佳文，张林霞.我国深部矿产勘查现状与钻探技术进步[J].探矿工程—岩土钻掘工程， 2014（11）. [3]张永勤.我国地质找矿取心（样）钻探设备现状及提高效能的分析研究[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2016，33（8）：4550. [4]李剑波.大倾角构造防斜技术[J].岩土工程界，2013，3（6）. [5]牛树银，王君仁.深部地质找矿工作的必要性[J].西部资源，2014. [6]马骥.关于岩心钻机的现状及发展趋势的分析与思考[J].地质装备，2013，14（2）：1114. [7]刘跃进，朱江龙，潘飞，等.新一代电驱动深孔岩心钻机的实践与展望[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2013（21）. |
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