鉆探工程施工技術工藝研究及注意事項

王金明

（甘肅省地質礦產勘查開發局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735000）

在地質勘探的過程中鉆探工程對勘探的效率和質量有著非常重要的影響，其在地質勘探的過程中發揮著無可替代的作用。地質勘探工作展開的環境通常比較惡劣，存在著一定的風險，其對勘探工作的展開和勘探工作人員的安全都帶來了一定的威脅。鉆探施工是地質勘探的過程中風險較大的勘測技術手段之一，為保證地質勘測的質量和效率，以及參與地質勘測中人員的安全，需要在鉆探施工開始之前對其有一個充分全面的認識，在施工的過程中做好相關的管理和監督工作，保證鉆探工作的順利進行。

1 鉆探工程

鉆探工程是指依據相關的技術要求和規范，從地表向地殼內部鉆孔并按照相關的要求從地殼內部取出地質樣品，通過對樣品進行分析進而了解地質情況的一種地質勘探技術。隨著鉆探技術在使用過程中表現出諸多的優異性，其在其他的工程項目建設的過程中也得到了廣泛的應用。現階段將工程建設過程中為滿足特定的需求而向地表以下挖掘通道的工程泛稱為鉆探工程。文章主要研究地質勘探過程中采用的鉆探工程技術。鉆探工程是在地下一定的深度進行施工，因此其施工作業的環境通常都比較復雜，且存在較大的施工難度和施工危險性，這幾個方面的因素導致了在鉆探施工的過程中對施工技術的要求較高。鉆探工程施工設備對整個鉆探工程的質量和效率具有決定性的作用。鉆探技術經過多年的發展已經形成了成熟的理論和技術體系，在不同的地質環境中可以采用不同的鉆探技術，以此有效提升整體的鉆探的質量和效率。具體實施時，相關技術人員要依據施工現場的實際環境選擇適宜的鉆探設備和鉆探方式。

2 鉆探設備

現階段在鉆探施工的過程中使用的鉆探設備主要由鉆頭、鉆桿、沖洗液和鋼管4個部分組成。

2.1 鉆頭

在進行鉆探施工的過程中需要根據施工環境中的實際地質條件選擇適宜的鉆頭。決定鉆頭的主要因素是巖石硬度。不同的鉆探深度巖石的硬度存在一定的差異，因此需要在鉆探的過程中實時檢測巖石硬度并及時根據巖石的硬度變化選擇適宜的鉆頭。現階段在鉆探施工中使用的鉆頭主要分為3種類型：金剛石類鉆頭、硬質合金類鉆頭、鋼粒類鉆頭。不同類型的鉆頭適宜不同的巖石硬度，其中金剛石鉆頭通常被用來對最堅硬的巖石進行鉆探。就鉆頭的使用范圍而言，金剛石鉆頭是最為廣泛的，主要原因是其在鉆探的過程中進尺速度快、鉆探可靠性高。

2.2 鉆桿

鉆桿通常都是鋼材，其橫截面形狀一般為圓形，直徑在40～50mm。在實際施工的過程中通常選用的鉆桿長度在4.5～6.0m。鉆桿的作用是帶動鉆頭進行轉動，鉆桿與鉆頭的連接方式主有兩2種：一是焊接，二是螺紋絲扣連接。螺紋絲扣連接由于易于進行鉆桿和鉆頭的更換而在實踐中得到了更為廣泛的應用。

2.3 沖洗液

在進行鉆探作業的過程中，鉆頭會與地層巖石發生劇烈的摩擦進而升溫導致工作效率降低，甚至對鉆頭及相關的部件造成一定的損傷，因此在鉆探施工的過程中需要采用清洗液。清洗液的配方需要根據施工環境中的具體需要進行配置。在工程實踐的過程中已經形成了針對流沙地層、泥巖地層等常見地層的清洗液配方，極大地簡化了相關的工作。

2.4 鋼管

鋼管的作用是對已經鉆探成功的鉆孔壁進行一定的支撐，在實踐的過程中這一設備還有其他的名稱，但是其發揮的作用是一致的，即有效防止鉆孔壁在鉆探的過程中出現坍塌等地質危害，影響鉆探工作的進一步展開。

3 鉆探方法

鉆探這一技術在實踐中有著長久的發展歷程，現階段已經形成了3種比較成熟的鉆探方法，在地質勘探的過程中可以根據自身的實際需要和地質環境的特點選擇恰當的鉆探方式進而有效提升鉆探施工的效率。

3.1 回轉鉆探

采用這種鉆探模式進行鉆探作業時，鉆頭的鉆進模式有兩種：一是環狀鉆進模式，二是全面鉆進模式。這種鉆探方式的優點是非常便于取樣工作的展開。在鉆探的過程中，當鉆頭的鉆進模式為環狀鉆進時就可以進行取樣作業；當鉆頭的鉆進模式為全面鉆進時，鉆進的軌道為一螺旋曲線，不適宜進行地質樣品的提取。

3.2 沖擊鉆探

這種鉆進方式主要應用在對硬度較高的巖層和土層進行鉆探作業中。其優點是能夠有效克服地質條件硬度大對鉆探工作帶來的不利影響，極大提升鉆探作業的施工效率。在實際施工的過程中通常是借助鉆機提供的沖擊力實現對地層的切削進而實現鉆探的目的。

3.3 振動鉆探

振動鉆探的鉆探深度一般較小，其通常只適應于硬度較小的地質環境中，但是其施工過程簡單、施工成本較低、工作效率較高，適宜于地質勘探過程中的檢測科研性鉆探作業。

4 鉆探工程施工工藝

4.1 鉆孔結構

現階段在地質勘探的過程中使用范圍最廣的鉆探設備是金剛石鉆機，在地質勘探的過程中由于其目的通常是取得一定的樣品，因此采用的鉆機口徑都較小。小口徑金剛石在實際應用的過程中其鉆孔的結構應盡可能簡單，在鉆探施工之前需要進行周密的計劃，盡可能避免換徑。現階段在鉆探施工的過程中鉆孔深度通常較大，因此在制定鉆探施工的方案時需要重視鉆具的材質和地質變化對鉆探施工帶來的一系列影響。在鉆探工程開始之前應該明確鉆進工程可能的最大鉆進深度，并以此來選擇合適的鉆進初始口徑，避免在后期的鉆進過程中由于口徑的選擇不當影響鉆進的效率和質量。如果鉆探設備中的鉆桿外徑同鉆孔壁之間的間隙過小會導致清洗液上返速度慢，無法及時有效地清除在鉆探的過程中產生的渣土，有可能造成燒埋鉆頭和鉆桿折斷的現象，進而嚴重影響鉆探施工進度，甚至帶來生產安全事故。因此在進行鉆探作業的過程中需要慎重選擇鉆口口徑，可以在相關參考資料的基礎上增大一道兩徑，以此來保證鉆探施工的安全和效率。

4.2 鉆具級配

在進行鉆探作業的過程中鉆具的級配主要指2個方面：一是根據鉆探的深度確定鉆探口徑的大小，二是鉆桿同鉆頭之間的搭配。在進行鉆探深度和鉆口口徑的級配時，應盡可能擴大鉆口的直徑，為后續鉆探施工計劃的變更留出足夠的變更余量。在進行鉆桿和鉆頭的搭配時，應盡可能使鉆桿的直徑大于鉆頭的直徑。在進行鉆具級配的過程中，要盡可能提升鉆具的扭矩力，縮小鉆具同孔壁之間的摩擦力。此外，也需要考慮到鉆孔內部發生常見事故的處理以及對常見鉆探故障的防范。

4.3 鉆進參數

鉆探施工的過程中鉆進參數是指鉆探設備在工作的過程中可以調節的各項參數，其主要指鉆機壓力、鉆頭轉速、泵壓、泵率以及其他不同地質環境中的一些參數。在進行鉆探施工的過程中鉆進參數的設置發揮著非常重要的作用，其在一定程度上直接影響了鉆探工作的質量和效率。在實際的鉆探施工的過程中影響鉆探參數的因素非常多，且各個因素之間呈現了一定的關聯性。鉆探施工人員在進行鉆探之前需要將可能影響鉆探參數的各個因素進行全面的匯總并深入分析，以此制定恰當的鉆進參數，提升鉆探作業的經濟性。

5 鉆探施工注意事項

5.1 上部地層鉆探注意事項

不同地區的地層都有著自身的特殊性，在上部地層進行鉆探時應該盡可能避免在地層的空洞區進行鉆探，避免將鉆孔設置在巖石層地質環境中，防止發生整體性破壞事故。在進行鉆探施工之前，需要對待鉆探區域的整體地質構造情況有一個深入全面的了解并以此制訂一份系統全面的鉆探施工計劃，在地質環境極為惡劣的情況下進行鉆探時應采用兩路鋼管的施工工藝。在鉆探施工的過程中要就實際鉆探情況同前期研究的理論進行對證，當鉆探實際情況同前期理論研究結論偏差過大時，應暫停鉆探，深入研究造成這一現狀的原因，在采取一定的措施之后再恢復鉆探施工。

5.2 坍塌嚴重孔壁中鉆探注意事項

由于地質構造的復雜性在鉆探過程中不可能避免地會面臨在坍塌嚴重的孔壁中進行鉆探施工作業的情況。在這種環境中進行鉆探作業時，需要對鉆進參數進行有效的控制。通常在這種環境中進行鉆探作業時需要降低鉆探壓力和鉆探速度，盡可能減小鉆探工作對孔壁帶來的影響，以此來增強孔壁的穩定性。在極端情況下應對孔壁進行技術性處理以達到繼續鉆探的相關要求，如果孔壁坍塌情況無法得到有效的控制，應該更換鉆探位置，重新開始施工，避免在不滿足施工條件的環境下進行施工進而造成嚴重的鉆探生產安全事故。

5.3 地層傾角較大區域鉆探注意事項

在鉆探施工的過程中遭遇地層傾角較大的環境時，鉆探施工操作不當會導致嚴重的坍塌問題。因此，在面對這種地質環境時應采用全孔灌漿的方式保證孔壁的穩定性。同時，面對此種地質環境進行鉆探時要對相關的鉆進參數進行調整，選擇適宜的鉆進速度，避免在鉆探的過程中出現鉆探事故。

6 抱鉆現象

在鉆探施工的過程中最常見的問題就是出現抱鉆現象，導致這種現象的主要原因是鉆頭進入地質傾角較大的區域，鉆頭的運動導致地質層結構發生劇烈破碎引起了周邊地質結構的坍塌。避免出現這種情況的有效措施是采用沖孔再加尺的鉆探方法，還需要在鉆探的過程中保證泥漿循環正常。

7 結束語

隨著時間的推移，我國鉆探行業得到了極大的發展，并在很大程度上滿足了相關市場對資源的需求。不過，在部分施工單位的運轉過程中，由于其自身經濟實力較弱，無法及時更換鉆探設備，導致實際鉆探過程中出現設備損壞等問題，為了解決這些問題，相關人員需要加強現代先進技術與設備的應用，并結合單位自身實際情況，嚴格遵守有關部門的規定與標準，加強鉆探工作的了解，提高鉆探工作的水平與質量，進而促進我國社會整體的進一步發展。