岩土钻掘工艺技术的发展现状

岩土钻掘工艺技术的发展现状

尤舒恒马昕尤刚

1.中国地质大学(北京)北京100083；2.3.中国石油天然气股份有限公司林油田分公司长春采油厂吉林长春130062

摘要：当前，在探矿技术不断发展过程中，岩土钻掘技术也取得了巨大发展。本文简述新时期各行业对此技术的要求，分别从保压取心、定向钻进、潜孔锤钻进、多介质钻探、大孔径钻探、铺管施工等方面阐述技术的发展和应用现状，以期为相关行业人员提供参考。

关键词：岩土；挖掘工艺；发展；技术应用

引言

在地质勘探各项工作逐渐发展过程中，地质调研不断深入，促使岩土挖掘相关工艺取得了不断发展。同时钻探设备不断更新换代，为达到不同的勘探目的，对新型岩土钻进工艺进行研究，根据新时代对该技术的要求，对技术的发展和应用进行探索，助力地质勘探相关工作不断发展。

1新时代对岩土钻掘技术应用要求

在新时期，岩土钻掘工程数量越来越多，钻掘工艺的应用领域日渐宽广。在技术的逐渐发展过程，应用的装备功能也逐渐增多，钻掘过程逐渐朝机械化和自动化方向发展。在新形势下，要求钻探工艺应具备灵活性和高效性。在不同领域中，技术应用过程可能受到工作环境、施工地域等因素的制约，同时不同领域对此工艺的应用要求各不相同，因此要求钻掘技术向多工艺方面发展。此外，针对复杂地质、海洋钻探以及科学钻探等领域实际需求，对岩土钻掘技术的钻入速度以及安全性有全新要求。

2岩土钻掘技术的发展和应用现状

2.1保压取心

当前世界范围内只有少部分国家具备研究海洋中深水天然气物质的钻探研究。我国勘探所已经成功利用保压取心技术对此领域展开探索。在钻掘技术的应用下，打破了传统半导体、锂电池、压力补偿装置、保温岩心管等技术弊端。与此同时，还对双弹卡打捞、水压阀关闭、样品退取、测压系统等展开探索。此项技术研究成果为我国实施海洋钻探工程提供了强有力的技术支持。在研究过程，通过反复进行科学测试，将保压取心钻掘技术应用到天然气钻井、科学钻探、煤层取样、冰川保温等领域的取样工作当中，为具体行业工作的开展提供巨大参考价值[1]。

2.2定向钻进

定向钻进主要是通过对接连通技术，结合可溶性矿产实际开采特征，促使地面间距百米、千米等矿井在地下的开采层实现连通，进而实现多个矿井同时采矿。此钻掘技术的应用目的是实现矿井的直接连通与对接，降低矿井建设的成本。应用过程可灵活控制对接方向以及对接层的位置，可提高资源的利用效率。与此同时，应用此技术对矿井的管理环节相对简单，不会对地层或者地面产生严重的污染。定向钻进技术在应用过程还涉及到连通井的设计、钻井工艺与设备、数据测量以及处理技术、矿井轨迹控制与追踪、钻孔清洗等技术。在此技术发展过程，我国勘探所在首先完成超深井对接工程，实现了在地下2787m深度的岩层中，使2口矿井成功对接，创造了我国此类矿井对接工程深度最高纪录。土耳其在矿井对接相关项目中，总共完成了30个对接井。在对接过程，矿井区域的磁场对项目影响较大，因此难以利用常规的定向岩土钻掘工艺完成对接。在实际工作中，通过对工艺的改造，在原定向对接技术上，增设测斜以及纠斜等技术，将钻掘区域缩小，在碱矿工程高精度要求下，完成了所有矿井的对接。以上技术的应用促使定向钻进钻掘工艺取得了巨大发展。

2.3潜孔锤钻进

在岩土钻掘过程中，潜孔锤技术的应用是对原有的回转钻探工艺的改良和变革。在此技术的应用下，有效解决了复杂岩层、坚硬岩层在钻掘过程效率低下的问题。将回转钻探作为基础，在钻探现场使用泥浆泵将冲洗液输出，并由冲洗液完成对潜孔锤的驱动，促使潜孔锤钻头的频率更高、冲击力更强，钻探环节的碎石速度更快。随着此技术的发展，当前复合YZX以及喷反式两种潜孔锤成为了新型的动力工具。在岩土钻掘过程中，使用潜孔锤能保障钻探过程始终面向岩心位置。还可将其应用在水文井的钻探、石油、天然气、地热、科学钻探等不同领域中。例如：127YZX潜孔锤可在岩土钻掘环节完成5000m深度的钻掘工作。随着螺杆马达、金刚石取心以及潜孔锤等工艺的发展下，逐渐形成了绳索和潜孔锤组合，马达、绳索、潜孔锤组合等技术形式。在实际的井下试验过程，取得了良好的应用效果。这一技术变革为勘测取样以及地质钻孔等工作提供新的取心方式，逐渐形成新型的钻掘工艺，使钻掘技术取得突破性进展。将潜孔锤技术高效应用在岩土钻掘中，在多个钻探领域有巨大的应用前景[2]。

2.4多介质钻探

多介质钻探包括空气泡沫、反循环以及中心取样等多种钻进技术。当前，空气潜孔锤在国内外的钻井工程以及水源勘探等工程中被广泛应用。反循环在地热井以及深水井等钻探过程可实现钻进深度＞4000m。多介质的反循环取样钻掘在岩金勘测、爆破勘测等方面应用广泛。在水文水井的钻进过程，使用反循环技术将钻具的类型进行改良，使用SHB系列的钻具，型号为?127/66mm、?114/70mm、?127/76mm的钻具。例如：使用型号为?127/66mm反循环钻具，在地热井钻探施工过程中实现了深度为3088m的深井钻进，施工之后的地热井可达到日出水量为2000m3，水温达到70℃。在反循环技术发展过程中，基于地震物爆破施工的需求，对此技术进一步优化，研究出可在砂砾层完成地震物反循环探孔迅速钻入技术。在技术应用过程，不必将钻具与钻杆提出，仅需从钻杆的双臂内部的中心管位置，即可将炸药投入到孔底。在该技术的应用下，可高效完成不稳定岩层的钻入。例如：在沙漠底层砾石岩层钻进工程中，每日单台钻孔机械可成孔73个，在砾石层孔深可达10m。此技术的应用过程，可在中心下药，成孔率以及下药成功率高达100%，在复杂岩层的钻入施工方面取得了良好的应用效果。

2.5大孔径钻探

大孔径钻探在应用过程具备成孔快、现场环保等优势。钻机可准确定位钻孔。此技术具有较强的适应能力，可用于砂层、砾层、淤泥层以及风化岩等地层的钻进工程。同时在安装和移动钻机的过程中，无需使用辅助设施，可在地形复杂的工程中应用。当前随着研究人员对钻探工艺的深入研究，将原来的螺旋钻头加以改进，并优化了扩底钻具以及旋挖钻斗等，增设了分力结构以及切削装置，有效提升了钻具强度。使用局部反循环工艺和旋转钻挖技术相结合形成大孔径钻探技术，可在地层压力80MPa的钻入环境中钻速＞1m/h。应用此工艺可及时清孔，防止出现重复破碎问题，提高钻进效率的同时，降低成本投入。对比于冲击钻进，其钻入率可达1.2~1.5m/h，返渣现象明显，岩渣最大可达120×120mm[3]。

2.6铺管施工

铺管施工属于非开挖类型的岩土钻掘技术，具体有两种施工类型，（1）导向钻进。主要使用仪器接收钻头中探头位置的钻入信号参数，之后利用地表钻机控制钻孔轨迹，按照设计钻出导孔，之后进行回拉扩孔，直到孔径达到铺管要求，最后将管线放入到孔中，完成不挖掘铺管施工。例如：使用型号为GBS100钻机，可对铺管深度和方向灵活控制，按照设计对管线进行敷设，在此技术的应用下，可实现铺管最大直径500mm，铺管最长距离600m。（2）夯管锤技术。利用冲击器将钢管打入地层，并将管内中心土排净，可应用在流沙、砾石等土层中。例如：使用H型号的夯管锤具有较快的铺管速度，最快能达到25km/h。同时，此技术的应用下，可使铺管直径高达200~1500mm。将以上两种钻探技术应用在大孔径的岩土钻掘过程中，可提高钻掘效率。

3结束语

总而言之，传统岩土钻掘工艺在地质、水文、工程等领域有重要应用。在各行业不断发展过程中，对技术应用产生了新的需求。因此，需要对此技术展开深入研究。相关人员应从定向钻进、潜孔锤钻进、多介质钻探、铺管技术等发展和应用方面总结经验，促岩土钻掘技术应用水平不断提升，在各个领域中充分发挥作用，促使相关行业不断发展。

参考文献

[1].探矿工程(岩土钻掘工程)[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2017,44(04):2.

[2]支河.岩土钻掘工程中“01234”安全管理模式应用浅析[J].四川地质学报,2013,33(S1):79-81.

[3]王景广,李亮.确保岩土工程勘察质量的做法及建议[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2013,40(03):81-84.