浅谈地质钻探技术的发展

　　提要：如今,举世面临人口、资源和环境问题,对中国来说更为严峻。缓解的重要途径之一是要加强包括大陆科学钻探在内的地质勘探工作。地质钻探任务更为艰巨,领域宽广。中国是闻名于世的古代钻探发源地,如今正向现代化钻探技术迈进,但对比发达国家水平,各方面依然有明显差距,有待迎头赶上。关键在于重视吸取国内外成功经验,挖掘潜力,研制开发新的钻探技术工艺和钻探方法，发挥群体智慧与力量,不断改革、开拓、创新、进取,把我国地质钻探技术推向更新、更高的水平。
　　关健词：岩土工程勘察，技术发展
　　一钻探应用领域的扩展
　　1.1.1地下水资源勘采
　　中国人均占有水资源量仅为全世界平均数的1/4,且时空分布不均,许多地区和城市缺水。勘采地下水资源任务持续不衰。与其有关的还有矿泉井、地热井和回灌井等。为国家地下水水资源评价和开采利用提供了宝贵的勘探资料等。中国先后在海外20多个国家承包水井工程。
　　1.1.2地质灾害防治与环境工程
　　沿江河和山区的交通和城镇常受到塌方、泥石流灾害威胁和若干大城市发生地面沉降、地下水污染及沿海地带海水入侵，还有若干地震频发区等产生不良地质灾害。近年来已通过钻探方法作了较大范围的地质灾害防治工程。包括抗滑、支挡、地面沉降观测、污水处理和地震监测工程等，为各地方政府地质灾害防治提供了所需的岩土工程设计和整治方案。
　　1.1.3岩土工程地质勘察
　　岩土工程地质勘察是各项建筑工程规划与建设的先行军。尤其是近一二十年来城市交通、水电、工矿、环境与国防工程建设等高速发展,从改革开放至今国家加大了基础设施等建设，投资巨大。为取得各项岩土工程设计所需参数，以便经济、合理、安全地进行基础设计，均需要进行岩土工程地质勘察工作。
　　1.1.4工程基础施工与处理
　　指的是用钻探方法施工各类注浆、桩基、锚固和防渗隔水工程等,对软弱地基及地灾进行加固治理。全国有上万家这类基础工程公司,活跃在全国各类建设工地。
　　1.1.5地质矿产勘查
　　新中国成立到90年代,我国地质钻探首先是围绕地质找矿发展的。钻探能源有矿产、各类金属、稀贵金属、非金属矿、化工原料、建筑材料等。投入钻探工作量以亿米计,为增强国力、保障建设与促进经济持续发展作出了巨大贡献。国家已有大型矿山9000余座,集体有矿山几十万余座。依托矿山建成了几百个新兴城市。与自然和谐共生。
　　除上述以外,还有考古钻探钻孔采矿（如溶盐采卤）等都需要采取各种钻探技术工艺。
　　二先进钻探工艺
　　2.2.1多工艺空气钻进
　　包括在干早缺水地区用空气或泡沫作循环介质钻进充气或泡沫泥浆钻进气举反循环钻进双壁钻杆反循环中取样(心)钻进空气潜孔锤钻进,含常规潜孔锤、贯通式反循环潜孔锤、取心钻进潜孔锤、潜孔锤跟管钻进等。潜孔锤钻进在我国金矿勘查、水井、锚杆孔和基桩孔以及非开挖铺设管线施工中效益十分显著。
　　2.2.2定向钻进
　　早期利用地层自然规律和简易偏斜楔打初级定向孔,80年代中期开始用液动螺杆钻(PDM)施工精密定向孔、分枝孔、多孔底全方位分枝孔以及90年代施工的采卤对接孔。定向钻进除用于矿产勘查外,还用于水井、地热井和坑内钻探施工。
　　2.2.3液动锤钻进亦称液动冲击回转钻进。
　　60年代开始研究试验,80年代推广应用在硬岩层中能有效提高钻进速度,对防止孔斜有良好效果。液动锤直径35mm至150mm,用于地表孔和坑内勘查孔。将液动锤与绳索取心相结合的钻进方法亦已推广应用,兼有两者优点。此外,还研制了不提钻换钻头钻具。
　　2.2.4绳索取心钻进
　　于70年代中期开始研究推广,应用于包括地表和坑内的地质勘查钻孔。钻杆成功采用摩擦焊、等离子焊接接头和国产含锰、钥、钒、钦、硼等元素的650N级的高强度低合金钢管，最深钻孔达2503m,大幅度提高了钻探速度与取心质量。
　　2.2.5金刚石钻进
　　中国60年代初开始研究金刚石钻进,70年代中期开始大面积推广。目前钻头品种含人造金刚石孕镶钻头（最大量的）、聚晶（PCD）钻头(圆柱形和三角形聚晶)、复合片(PDC)二钻头和天然金刚石表镶钻头等。中国60年代初研制成功人造金刚石,现具备年产1.75亿ct(1ct=0.2g)生产能力。能批量生产聚晶体和复合片,并掌握了“卡邦”金刚石的合成工艺。钻头制造工艺除通用的浸渍法、热压法外,还有低温电镀和真空烧结法。孕镶金刚石在胎体中均布,是我国冶金部门钻头制造技术的一项突破。
　　除上述之外,还开发了震动钻进、冲击反循环钻进、水力喷射定向钻进(用于铺设地下管线)以及人工钠土和固体磺化沥青等,都取得了良好效果。
　　三钻探设备的开发
　　50年代初至60年代中期我国钻探设备基本靠引进和仿制嗣后开始自行设计生产钻机。现在各种规格用途的钻机逐渐形成系列。如固体矿产岩心钻机、坑内钻机、工程地质钻机、水文水井钻机、砂矿钻机、基桩大口径钻机、矿山竖井钻机、物探震源孔钻机、锚固孔钻机、注浆与旋喷用钻机、工程安装薄壁钻机、浅孔取样钻机、水平孔钻机、水域施工钻机等以及和主机配套的泵和动力设备、测井仪器等。具有现代先进水平的有液动或电动顶驱式钻机不停钻倒杆双液压卡盘钻机，双动力头跟套管钻机、实钻微机智能监控系统和压电陀螺钻井测斜仪等。
　　
　　四生产水平的提高
　　排除社会影响,正常情况下总的钻探生产水平影响因素是钻进工艺方法、技术装备、操作人员素质和经营管理制度等。就全国地质钻探平均水平看,1950年至1995年的45年期间,伴随钻探工艺方法与技术装备等进步,生产水平呈逐步提高趋势(附图)
　　
　　年份
　　1950-1995年全国地质钻探生产水平增长情况
　　A一铁砂、硬质合金钻进手把式钻机为主;B一铁砂、钢粒、硬质合金钻进,手把钻机液压立轴式钻机;C一钥粒、金刚石钻进为主,开始用绳家取心和液动锤,大量用液压钻机;D一推广绳索取心液动锤、低密度钻井液,多数用液压钻机;E一巩固提高绳素取心、液动锤钻进,开始用多工艺空气钻进。
　　
　　五结束语
　　表现在钻探应用领域、工艺方法和技术装备诸多方面,不少具有当代世界水平,或属于独创,综合反映在钻探生产水平钻探技术工艺和钻探方法的提高。我国有地质钻探的部门如地矿、冶金、煤炭、有色、核工业、化工、黄金等,由于存在着包括管理和施工条件等的差异,生产水平高低不一。即使在一个部门或不同勘探区亦不相同。数十年来广大探矿职工长年为新的能源开发而奋战,钻探生产指标节节上升,创造了许多值得追忆的以局、队为单位的月进尺千米以上的生产高产记录。温故知新,若干经验如今仍有现实意义。
　　
　　参考文献
　　[1]赵鹏大.非传统矿产资源研究;可持续发展的重要课题,中国地质,2001,(5)
　　[2]蒋承菘.21世纪地质工作的若干思考,中国地质,2007,(7)