钻探工程技术，钻探工程技术分类

来源：择校网时间：2024-11-30 12:52:56

一、钻探工程及其发展趋势

钻探工程是通过机械回转或冲击，利用机械碎岩方式向地下岩层钻进的一种地质勘查方法，它主要应用于以下几个方面：

1）在地球物理勘探或经过地质预测而确定的可能含煤区域，必须依靠钻探工程进行验证、揭露和圈定。

2）表土覆盖层极厚的掩盖地区或老矿区的深部，由于采用坑探方式工程量大、成本高，钻探就成为揭露煤田深部地下地质情况的主要勘探及验证手段。

3）含煤地层赋存于地表水体下、或表土覆盖虽然很薄但含水较多的半沼泽地区，由于安全问题的制约通常不能使用坑探工程，其他手段的应用也受到限制，钻探工程几乎成为唯一可用手段。

钻探工程与其他勘查工程相比较，具有以下优点：

1）获取的地质资料可靠性大、准确度高、直观、全面。

2）钻探机械及其配套设备技术的提高，以及大量出现的车载钻机，为地质勘探广泛采用钻探工程创造了有利条件。

3）绳索取心工具的采用，不仅保持煤心、岩心的完好性，提高了取心率，同时大大缩短了取心时间，提高了钻探效率。

但同时，钻探工程也具有显著缺点，如：只能获取一个孤立点的地质资料，该点的地质资料在该区域是否具有代表性无法确定；对煤层的赋存状态不能直接进行全面连续观测；钻孔之间盲区的地质构造或地层界线的延伸具有不确定性；设备较重，施工技术复杂，尤其在中、高山地区施工困难。

在勘探设计时，应充分考虑以较少的工作量获得尽可能多的地质信息，尽量做到一孔多用，提高经济效益，即施工一个钻孔同时达到两个或多个地质目的。

综合钻探技术的应用将成为我国地质钻探技术的一个新的发展阶段。综合钻探技术是指一个矿区、一项工程作业区或单个钻孔，针对实际地质情况，在已有技术的基础上，合理选用或组合运用一种或多种钻探方法，以获得最佳的技术及经济成果。它是一个技术体系，是未来钻探技术的发展方向。

国外运用综合钻探技术进行科学性施工，有许多成功的范例：澳大利亚在找矿勘探过程中，采用的方法是，先在较大范围内运用螺旋钻进行化学钻探取样，然后在重点地段用潜孔冲击钻钻探到基岩，最后在比较有希望的位置进行布孔，打金刚石岩心钻，取得了十分显著的效果。相对来讲，以现有的技术，发展综合钻探技术已有一定的基础。

1）对不同的岩石及施工条件，已有各种有针对性的高效钻探方法。在取心钻进、定向钻进、坑道内钻井、以及深孔坚硬地层钻进等情况，可采用金刚石钻进的方法；在中硬和坚硬地层中钻进垂直较短的岩孔时，可采用冲击回转式机械成孔方法；在软土层可采用螺旋钻、振动钻、机械工静力成孔、偏心套管钻进的方法。

2）钻头、钻具、钻机取得新的进展。传统的高性能钻头、钻具研制技术已经成熟；高寿命的聚晶金刚石复合片PDC钻头、高强度的轻质合金钻杆以及绳索取心钻杆、双壁钻杆、多级伸缩式钻杆技术已在工程施工中成功运用。适应特种地质情况的各种钻机在高效节能、自动化操作、高质量钻进、可靠性施工等方面取得更大的进展，特别是在设备的大型化、智能化、满足施工现场特殊性方面（如海洋钻探、冻土钻探、科学钻探等），设备开发与施工工艺结合更加紧密。

3）各种减少进尺量而达到同一勘探目的的钻探方法已有很大进展。如采用上部孔段共用，从深孔部分打分钻进孔的分枝钻进技术、复杂地形的定向钻进技术和定方向钻进技术、矿山坑内钻进技术的应用，使新的地质工程钻探技术得以发展。

同样，在上述技术的基础上，钻探技术在以下几方面将有更大的进展：

1）传统的地质钻探。陆地固体矿产资源尤其是紧缺稀有矿产、石油、核能、地热等资源，在新世纪都将不断开发，特别是向勘探程度低、自然条件差的边远地区和地层的深部进行。

2）与基础建设相关的岩土钻掘。今后几十年，我国仍处于基础建设开发阶段，各项基础设施建设的工程量不断增加，与地质钻探技术相应的工程勘探、工程施工，以及非开挖技术将有更大的应用价值，并将形成我国经济发展的支柱产业。

3）海洋开发。海洋开发是我国高技术发展的一个重要方向，海洋钻探技术是战略必争的深海矿产资源及科学研究的基础。

4）西部建设。大西部的开发，极地、高山、冰川、沙漠、冻土等地质条件，向钻探技术提出了新的任务。

二、钻探工程技术分类

1、1)根据取心特点可分为:岩心钻探和不取心(无岩心、全面)钻探。

2、2)根据用途可分为:地质钻探、水文水井钻探、工程勘察钻探、流溶体钻探、基础工程钻探、科学钻探及特种钻探等。

3、3)根据钻孔轴线可分为:垂直孔、倾斜孔、定向孔、水平孔等钻探。

4、4)根据钻探深度可分为:浅孔钻探(＜300m)、中深孔钻探(300～1000m)、深孔钻探(1000～3000m)和特深孔钻探(＞3000m)。

5、5)根据钻探位置可分为:地表钻探、水上(江、河、湖、海)钻探、地下坑道钻探。

三、钻探工程技术应用领域

随着科技进步和经济的高速发展,钻探工程技术在国民经济中的应用范围越来越广,概括起来主要有以下几个方面。

1)地质找矿普查钻探:根据物化探地质异常,利用钻探方法调查矿产的分布、区域地质概况。

2)矿床勘探钻探:对经普查已确定具有工业价值的矿床,应用钻探手段查明矿床埋藏深度、厚度、品位、储量、产状、形态、构造等。

3)矿区水文地质钻探:查明矿区含水层的岩性、层次、构造、厚度、埋深分布及水量、水质、水温等水文地质条件、特征和参数。

4)工程地质钻探:在工程地质测绘及物探的基础上,用钻探方法揭露并划分地层、测定界线;鉴定和描述岩土体的岩性、成分和产状;了解岩土体的物理力学性质,为评价、规划和进行各类工程建设项目提供必需的地质数据及资料。

1)水资源钻探:对地下水资源进行评价、开发利用。

2)石油(天然气)钻探:利用钻探技术钻穿油气层,以检验物探资料、了解井下油气地质勘查资料,求算油气储量,提供开发远景。

3)可溶性矿产钻探:对岩盐、石膏、芒硝等矿产资源进行勘探和开采。

1)钻矿山瓦斯抽排孔:在煤矿建井前、后按一定网度设计在地面施工的钻孔,将煤层中的瓦斯抽排出地表以确保井下开采安全。

2)钻矿山地下通道孔:用地表钻探技术方法向矿山井下钻不同用途的钻孔,如矿山地下水排放孔、矿山通风孔、救援孔等。

3)钻矿山尾矿砂充填孔:在矿山采空区地表施工若干组高精度垂直钻孔,将尾矿砂通过钻孔灌入采空区,以减少地面尾矿砂污染,控制采空区地面沉降。

4)钻井筒冻结孔:矿山井筒开凿前,在井筒四周施工若干个与其平行的钻孔,借助制冷技术暂时冻结加固周围不稳定地层并隔绝地下水后再凿井。

通过钻探取样、孔内原位测试、岩样测试查明影响工程建筑物的地质情况,准确划分地层,正确鉴别土层天然结构、密度和湿度,为工程建筑提供基础设计依据;通过钻探查明大型工程基础地质构造、岩性、物理力学性质及稳定性。

进行建筑物基础加固,如各类基桩孔、防渗孔、注浆孔、深基坑锚固孔等。

借助钻探技术防治山体滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降等地质灾害。如山体锚固孔、注浆孔、矿山尾砂坝基与水库坝体排渗孔、地面沉降监测与地下水回灌孔、水库大坝安全监测孔等。

利用定向钻进技术施工穿越建筑物、道路、江湖等障碍物的非开挖地下管线铺设工程。

钻导弹发射井、地下核试验取样孔等。

1)大陆及海洋科学钻探:钻取地球深处、海底洋底、冰川冻土带的固体、流体样品(岩心、岩屑、冰心等),获取服务于地学研究的第一手资料。探测地球内部结构和成分,研究深部构造、深部流体及其作用;研究盆地演化、成矿理论、油气及天然气水合物成因,调查和开发深部热能;研究地震成因、火山喷发机理,改进地震预报、地质灾害预警;研究地球气候演变、探索生命演化历史。

2)环境科学钻探:钻取地下不扰动原状岩心样,研究大陆古气候及古环境、沉积物时代、沉积环境的变化规律及环境污染程度,为国家经济区划提供决策依据。

3)考古科学钻探:利用钻探取样技术了解地下遗址堆积分布范围、厚度、大型建筑基址、大型墓葬和古城的形状和布局。