談節水鉆探技術的應用與開發

彭萬利

（河北省地礦局第三地質大隊，河北張家口075000）

《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》（2006-2020年）將節水型生產工藝列為水和礦產資源重點領域綜合節水優先主題。《國土資源部中長期科學和技術發展規劃綱要》（2006-2020年）提出鉆探向技術方法多工藝性發展和突破節水環保鉆探技術難題。從20世紀80年代起至今，我國鉆探界同仁在節水鉆探技術的應用與開發方面做了許多工作，積累了一定的經驗。

節水鉆探依據所鉆進的地層而以不同型式實施，在地質勘查中已經實施的節水鉆探技術包括靜壓取芯鉆探技術、無介質循環回轉取芯鉆探技術、沖擊取樣鉆探技術、螺旋鉆進取樣鉆探技術、氣動潛孔錘取芯鉆探技術、干空氣或氣液混合介質洗孔取芯鉆探技術、空氣反循環取樣鉆探技術等。

1 已應用開發的節水鉆探技術

1.1 靜壓取芯鉆探技術

靜壓取芯鉆探技術在較為松軟的覆蓋層內鉆進時得到了較好的應用，使用?110mm口徑的合金鉆頭、?108mm的巖芯管和?60mm外絲鉆桿實施靜壓鉆進，巖芯采取率高、巖芯完整，回次進尺不少于1.00m，基本滿足地質調查設計對取芯的高質量要求。采用該項技術時需要鉆機有較大的加壓能力和自重，若鉆機自重小，可添加配重。

1.2 無介質循環回轉取芯鉆探技術

在沖洗介質循環鉆進時巖芯采取率為零或達不到要求的情況下采用無介質循環回轉取芯鉆探技術，此種鉆進方法回次進尺小，易發生燒鉆事故。

1.3 螺旋鉆進取樣鉆探技術

螺旋鉆進取樣鉆探技術應用于鉆進1～5級軟巖層，螺旋鉆進可實現打一個孔提一次鉆，鉆進效率是無介質循環回轉取芯鉆進的3～4倍。

1.4 沖擊取樣鉆探技術

沖擊取樣鉆探技術是砂礦勘查中普遍采用的技術，采取重錘沖擊的方式，鉆進的口徑多為?146mm或?130mm，而其中的孔底沖擊、跟管鉆進技術應用效果較好，但砂礦鉆進深度多在30m以內。

1.5 氣動潛孔錘取芯鉆探技術

氣動潛孔錘取芯鉆探使用由氣動沖擊器、單管或雙管和合金鉆頭組成的鉆具，在基巖內應用時鉆進效率高于金剛石取芯鉆進。

1.6 氣動潛孔錘跟管取芯鉆探技術

氣動潛孔錘跟管取芯鉆探技術主要應用于鉆進易坍塌的卵礫石層，解決在卵礫石層回轉鉆進時鉆頭易磨損、效率低的問題。

1.7 干空氣或氣液混合介質洗孔取芯鉆探技術

干空氣或氣液混合介質洗孔取芯鉆探技術主要在地層漏失嚴重、供水困難或遠離水源地的條件下采用此類技術。干空氣洗孔最適合在冬季施工時應用。空氣泡沫洗孔鉆進硬巖時金剛石鉆頭壽命短，僅適合在提鉆取芯時應用。在配備干孔放送裝置后，可實施氣液混合介質洗孔的繩索取芯金剛石鉆進。氣液混合介質洗孔的繩索取芯氣動潛孔錘鉆探技術在國內已試驗成功，也具備推廣應用的條件。

1.8 泡沫泥漿洗孔取芯鉆探技術

在低固相泥漿內加入發泡劑和穩泡劑而制成泡沫泥漿，泡沫泥漿不僅在洞隙發育地層中可減少漏失，而且其在長孔段坍塌、沉砂、不穩定煤層、松散礦層等復雜情況的應用效果優于低固相泥漿。

1.9 空氣反循環取樣鉆探技術

空氣反循環取樣鉆探技術適用于不漏失或輕微漏失的地層，隨著鉆孔的加深兩相流或三相流上返阻力逐步增大，在孔底漏失嚴重或背壓超過空壓機的最大供氣壓力時巖樣上返即終止，因而應用孔深受到一定的限制，國內的應用孔深多在300m以內。該項技術在基巖和覆蓋層內鉆進時均得到應用，鉆探成本是取芯鉆探的1/2～1/3。當地層內有一定的含水量，鉆進時巖粉會變成粘泥而粘在鉆桿外壁上，須及時處理，否則會提鉆困難；內管上返通道也容易堵塞，可采取正吹的方法處理，也可在鉆進時向孔內供入氣液混合介質以消除巖粉的沾結或堵塞，必要時實施氣液混合介質的反循環取樣鉆探。在操作方面還須注意：回次鉆進前送氣時要由小到大緩慢增加，防止鉆頭處結冰；回次終了時要緩慢放氣，防止內外管間隙被巖粉堵塞。

2 有待進一步應用或開發的節水鉆探技術

2.1 繩索取芯螺旋鉆進技術

吉林大學已研究過此項技術，采用螺旋鉆進方法，采取柱狀巖芯，有利于對地層做出準確的描述，易為地質技術及研究人員所接受。

2.2 繩索取芯靜壓沖擊鉆探技術

使用剛度較大的繩索取芯鉆桿、設計加工可實施靜壓沖擊取芯的繩索取芯鉆具，在松軟的覆蓋層內鉆進時應用，結合空氣鉆進，不使用泥漿而鉆穿覆蓋層。設計靜壓作用為輔、沖擊作用為主、將繩索取芯鉆桿作為跟管的取芯鉆具，不僅能夠在鉆進覆蓋層內應用，而且可以在鉆進基巖下面易坍塌的松散砂層、易坍塌或易縮徑的斷層破碎帶內應用，既能提高巖芯采取率，又能順利鉆進，可作為解決因孔壁坍塌縮徑而打半截孔的方法。在水域內做水體下沉積層的勘查時應用此項技術不僅可獲得高采取率的巖芯，還可避免沖洗液對水體的污染。

2.3 氣水混合介質洗孔鉆探技術

實施此項技術需在現有繩索取芯鉆探設備的基礎上增加一臺小供氣量（5～7m3）、高供氣壓力（4MPa）的空氣壓縮機。此項技術不僅可應用于一般的漏失地層，還可應用于無承壓水的鹽類礦床、遇水易膨脹地層及不允許使用沖洗液鉆進的孔段。實施此項技術時可在無承壓水的基巖內采用氣液混合介質鉆進，在有承壓水的基巖內采用沖洗液鉆進；繩索取芯鉆桿位于承壓水位面以下時，用壓縮空氣將地下水升舉到地面作為沖洗液鉆進用水，可免除施工用水的輸送或運輸。在覆蓋層內鉆進時可根據地層條件分別采用復合片鉆進、金剛石鉆進、氣動潛孔錘鉆進及靜壓、沖擊鉆進等。氣水混合鉆進可消除粉塵對鉆場施工人員的危害，是一種容易推廣應用的技術。將氣水混合鉆進技術與靜壓沖擊鉆進技術結合，可實現不使用粘土而完成鉆探施工的目標，免除長距離運輸粘土的費用。

3 結語

近十幾年內我國的地質巖芯鉆探裝備有了長足的發展，應用與開發節水鉆探技術有了較好的物質條件。節水鉆探技術是避免或減輕對地下水污染的施工技術，應用與開發節水鉆探技術是保護環境、綠色發展的有效措施，各級管理部門應積極推動節水鉆探技術的應用與開發，因地因時地應用節水鉆探技術，改變地質巖芯鉆探僅采用沖洗液鉆進的局面，實現鉆探施工多工藝性。

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