鉆探技術在地質資源勘查中的應用和發展

劉 偉

（山東省地質礦產勘查開發局第五地質大隊，山東 泰安 271000）

1 我國鉆探技術概述

鉆探是地質資源勘查不可或缺的技術手段，可獲取地下實物資料、建立測試通道，驗證地下地質信息推斷與解釋，圈定礦體、計算儲量、評估品位。基于國家地質調查計劃、找礦突破戰略行動實施以及礦產資源需求不斷增加的大趨勢下，我國地質資源勘查與鉆探技術發展迅猛，近年來我國鉆探工程量一直位于歷史高位，且地質資源勘查工作開始朝著西部新區、中東部深部發展，同時也開始大量開展非常規能源（油頁巖、油砂、天然氣等）勘查工作。

為滿足實際勘查需求，各種鉆探新技術、新方法得到了發展與應用。目前，“十二五”、“十三五”期間，我國在鉆探技術標準制修訂工作方面取得了一定成果，其在地質勘查工作中發揮了一定的支撐作用，為我國鉆探事業發展保駕護航。本文主要圍繞鉆探技術在地質資源勘查中的應用和發展展開詳細分析。

2 鉆探技術在地質資源勘查中的作用

鉆探技術在地質資源勘查中發揮著重要作用，通過鉆探可獲得地下實物資料（巖心、巖屑、地層流體），并通過試驗分析，掌握地下乃至深部地質構造、資源情況等。根據不同的地下實物資料，可將鉆探技術的作用歸納如下：

（1）巖心：采用取心鉆獲取柱狀地下巖體實物（圖1），可獲取豐富的信息，從而描述地質構造，并為巖石物性分析、巖礦測試提供可靠樣本。

圖1 巖心示意圖

（2）巖屑：鉆探過程中，地下巖土由于受到鉆進影響產生相應的巖石碎屑，一般情況下會被鉆進沖洗液攜帶至地面。由于碎巖的工具、方法各有不同，相應巖屑尺寸存在較大的區別，如：最大可達10mm～30mm，最小可在0.5mm 以下（如：金剛石地質巖心鉆探），巖屑尺寸過小將導致構造信息較難識別。當巖屑的顆粒較大時，可較為完整的保留礦物微觀結構、成分等，可較好的識別地層變化、鑒定巖礦，如下圖2 所示為巖屑采集分析示意圖。

圖2 巖屑采集分析示意圖

（3）地層流體：包括液體、氣體兩種，可采用專用取樣器具，或是由沖洗液內分離。如：石油鉆井中錄井就是連續監測鉆井液，分析地層內流體信息、判斷是否鉆遇油氣儲層。鉆探施工所得的鉆孔可作為測井通道對地層進行觀測，也可用于開采用一些可溶性、流體礦產，具體如下表1 所示。

表1 可溶性、流體礦產

3 鉆探技術在地質資源勘查中的發展方向與應用

3.1 鉆探技術發展方向

基于我國地質資源勘查現狀來看，不斷朝著深部發展，鉆探施工遇到的復雜地層越來越多，鉆探技術主要發展方向可歸納如下：

（1）提高鉆探效率，縮短地質資源勘查工作周期。

（3）物種豐富度：種群中物種數目的多少。物種豐富度往往作為生物多樣性的代表性測度，具有簡單直觀等優點。

（2）控制鉆探成本，減少地質資源勘查工作的資金投入。

（3）增大鉆探深度，為深部勘查提供可靠技術支撐。

（4）提高實物樣品采集質量，提供全面、準確的實物資料。

（5）推進鉆探設備研發應對各類復雜地質條件，增強對各種地質資源勘查工作的支撐。

（6）精確控制鉆孔軌跡，精確穿越地質設計目標靶區。

（7）減少鉆孔事故發生幾率，提高事故處理水平，為復雜地層鉆探奠定堅實基礎，保證地質資源勘查工作順利完成。

（8）與其他各類技術組合運用，實現互補，提高獲取地下各類信息能力。

3.2 鉆探技術的應用

目前地質資源勘查中，鉆探技術的應用主要分為以下幾種：

（1）反循環鉆探技術。此為最常見的鉆探技術，循環介質分為空氣、水力兩種。空氣反循環鉆探，主要利用空氣壓縮、傳輸、膨脹，實現對巖層的沖擊；水力反循環鉆探，則是將水送至孔底為鉆頭提供驅動力。

上述兩種方法各具優勢，空氣法多用于干旱地區，成本相對較低，但是獲得的巖屑樣品較難完整反映區域地層情況；水力法探測結果更為精確，但是效率較低，且資源消耗相對較多。地質資源勘查中需根據實際情況選用合適的鉆探技術。

（2）液動潛孔錘鉆探技術。此技術是基于回轉鉆探發展而來，是繼金剛石鉆探、空氣鉆探后的新型鉆探技術，主要是利用沖洗液驅動潛孔錘，驅動鉆頭沖擊巖石。液動潛孔錘鉆探效率高，且鉆孔成本相對較低，適用于巖石堅硬、脆性較大的地質結構，可較好的完成復雜地質條件下的勘查工作。

在液動潛孔錘鉆探技術使用過程中，應加強泥漿質量控制，適當保護潛孔錘，減小磨損，提高潛孔錘的使用壽命。

（3）繩索取芯技術。此技術打破了傳統鉆進需要鉆桿的特征，充分利用打撈工具、巖芯管進行取芯，鉆進靈活、效率高，但是鉆進深度相對較小，巖心一般較為完整且質量好。繩索取芯技術的應用過程中，鉆頭檢查、更換時方需提鉆，巖礦心裝滿巖心管或是出現堵塞等情況時，只需使用專用繩索打撈工具撈取巖礦心容納管。

（4）組合鉆探技術。地質資源勘查時，可根據實際地質條件對上述幾種鉆探技術進行組合運用，實現優勢互補，提高鉆探效率、質量，如：貫通式潛孔錘反循環連續取心鉆進技術，綜合運用了潛孔錘、反循環、鉆進中連續取心三種鉆探技術，貫通式潛孔錘結構如下圖3 所示。

圖3 貫通式潛孔錘結構圖

（5）定向接井技術。此技術是定向地質鉆探與水平井的綜合應用，鉆探過程中需使用多頭螺桿鉆具、造斜工具以及硬質合金軸承等。定向接井技術相對復雜，多用于固體礦產、可溶性礦產勘查，孔內事故發生率相對較低。

（6）新型節水鉆探技術。此技術是為應對干旱地區地表無水、深部有水情況下的鉆探工作而開發，主要是優化鉆具結構，以地表水力脈沖為鉆具驅動力，通過工作柱塞往復運動、吸排水閥動作，使地層水形成局部孔內循環。新型節水鉆探過程中，不會消耗地表水，鉆探效率相對較高，經濟效益也較好。

（7）全液壓動力頭水文水井鉆機。此類鉆機機動性強、配套工藝多、適用性廣，且可較好的保障施工安全、鉆進效率，我國還需進一步研究具有自主知識產權的全液壓動力頭水文水井鉆機。如下圖4 為YSL-300 型鉆機，屬于履帶式全液壓水井鉆機。

圖4 YSL-300 型鉆機

4 結語

綜上所述，鉆探在當前以及今后相當長的一段時間都將是地質資源勘查中獲取直觀地質資料的主要技術方法。因此，必須加強相關鉆探設備與技術研究，提高鉆探效率、質量，推動我國鉆探技術體系不斷完善，適應各種復雜地質條件，保證鉆探成果的精確性與可靠性，為后續工作提供支撐。