钻探技术在地质资源勘查中的应用和发展

刘 伟

（山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队，山东 泰安 271000）

1 我国钻探技术概述

钻探是地质资源勘查不可或缺的技术手段，可获取地下实物资料、建立测试通道，验证地下地质信息推断与解释，圈定矿体、计算储量、评估品位。基于国家地质调查计划、找矿突破战略行动实施以及矿产资源需求不断增加的大趋势下，我国地质资源勘查与钻探技术发展迅猛，近年来我国钻探工程量一直位于历史高位，且地质资源勘查工作开始朝着西部新区、中东部深部发展，同时也开始大量开展非常规能源（油页岩、油砂、天然气等）勘查工作。

为满足实际勘查需求，各种钻探新技术、新方法得到了发展与应用。目前，“十二五”、“十三五”期间，我国在钻探技术标准制修订工作方面取得了一定成果，其在地质勘查工作中发挥了一定的支撑作用，为我国钻探事业发展保驾护航。本文主要围绕钻探技术在地质资源勘查中的应用和发展展开详细分析。

2 钻探技术在地质资源勘查中的作用

钻探技术在地质资源勘查中发挥着重要作用，通过钻探可获得地下实物资料（岩心、岩屑、地层流体），并通过试验分析，掌握地下乃至深部地质构造、资源情况等。根据不同的地下实物资料，可将钻探技术的作用归纳如下：

（1）岩心：采用取心钻获取柱状地下岩体实物（图1），可获取丰富的信息，从而描述地质构造，并为岩石物性分析、岩矿测试提供可靠样本。

图1 岩心示意图

（2）岩屑：钻探过程中，地下岩土由于受到钻进影响产生相应的岩石碎屑，一般情况下会被钻进冲洗液携带至地面。由于碎岩的工具、方法各有不同，相应岩屑尺寸存在较大的区别，如：最大可达10mm～30mm，最小可在0.5mm 以下（如：金刚石地质岩心钻探），岩屑尺寸过小将导致构造信息较难识别。当岩屑的颗粒较大时，可较为完整的保留矿物微观结构、成分等，可较好的识别地层变化、鉴定岩矿，如下图2 所示为岩屑采集分析示意图。

图2 岩屑采集分析示意图

（3）地层流体：包括液体、气体两种，可采用专用取样器具，或是由冲洗液内分离。如：石油钻井中录井就是连续监测钻井液，分析地层内流体信息、判断是否钻遇油气储层。钻探施工所得的钻孔可作为测井通道对地层进行观测，也可用于开采用一些可溶性、流体矿产，具体如下表1 所示。

表1 可溶性、流体矿产

3 钻探技术在地质资源勘查中的发展方向与应用

3.1 钻探技术发展方向

基于我国地质资源勘查现状来看，不断朝着深部发展，钻探施工遇到的复杂地层越来越多，钻探技术主要发展方向可归纳如下：

（1）提高钻探效率，缩短地质资源勘查工作周期。

（3）物种丰富度：种群中物种数目的多少。物种丰富度往往作为生物多样性的代表性测度，具有简单直观等优点。

（2）控制钻探成本，减少地质资源勘查工作的资金投入。

（3）增大钻探深度，为深部勘查提供可靠技术支撑。

（4）提高实物样品采集质量，提供全面、准确的实物资料。

（5）推进钻探设备研发应对各类复杂地质条件，增强对各种地质资源勘查工作的支撑。

（6）精确控制钻孔轨迹，精确穿越地质设计目标靶区。

（7）减少钻孔事故发生几率，提高事故处理水平，为复杂地层钻探奠定坚实基础，保证地质资源勘查工作顺利完成。

（8）与其他各类技术组合运用，实现互补，提高获取地下各类信息能力。

3.2 钻探技术的应用

目前地质资源勘查中，钻探技术的应用主要分为以下几种：

（1）反循环钻探技术。此为最常见的钻探技术，循环介质分为空气、水力两种。空气反循环钻探，主要利用空气压缩、传输、膨胀，实现对岩层的冲击；水力反循环钻探，则是将水送至孔底为钻头提供驱动力。

上述两种方法各具优势，空气法多用于干旱地区，成本相对较低，但是获得的岩屑样品较难完整反映区域地层情况；水力法探测结果更为精确，但是效率较低，且资源消耗相对较多。地质资源勘查中需根据实际情况选用合适的钻探技术。

（2）液动潜孔锤钻探技术。此技术是基于回转钻探发展而来，是继金刚石钻探、空气钻探后的新型钻探技术，主要是利用冲洗液驱动潜孔锤，驱动钻头冲击岩石。液动潜孔锤钻探效率高，且钻孔成本相对较低，适用于岩石坚硬、脆性较大的地质结构，可较好的完成复杂地质条件下的勘查工作。

在液动潜孔锤钻探技术使用过程中，应加强泥浆质量控制，适当保护潜孔锤，减小磨损，提高潜孔锤的使用寿命。

（3）绳索取芯技术。此技术打破了传统钻进需要钻杆的特征，充分利用打捞工具、岩芯管进行取芯，钻进灵活、效率高，但是钻进深度相对较小，岩心一般较为完整且质量好。绳索取芯技术的应用过程中，钻头检查、更换时方需提钻，岩矿心装满岩心管或是出现堵塞等情况时，只需使用专用绳索打捞工具捞取岩矿心容纳管。

（4）组合钻探技术。地质资源勘查时，可根据实际地质条件对上述几种钻探技术进行组合运用，实现优势互补，提高钻探效率、质量，如：贯通式潜孔锤反循环连续取心钻进技术，综合运用了潜孔锤、反循环、钻进中连续取心三种钻探技术，贯通式潜孔锤结构如下图3 所示。

图3 贯通式潜孔锤结构图

（5）定向接井技术。此技术是定向地质钻探与水平井的综合应用，钻探过程中需使用多头螺杆钻具、造斜工具以及硬质合金轴承等。定向接井技术相对复杂，多用于固体矿产、可溶性矿产勘查，孔内事故发生率相对较低。

（6）新型节水钻探技术。此技术是为应对干旱地区地表无水、深部有水情况下的钻探工作而开发，主要是优化钻具结构，以地表水力脉冲为钻具驱动力，通过工作柱塞往复运动、吸排水阀动作，使地层水形成局部孔内循环。新型节水钻探过程中，不会消耗地表水，钻探效率相对较高，经济效益也较好。

（7）全液压动力头水文水井钻机。此类钻机机动性强、配套工艺多、适用性广，且可较好的保障施工安全、钻进效率，我国还需进一步研究具有自主知识产权的全液压动力头水文水井钻机。如下图4 为YSL-300 型钻机，属于履带式全液压水井钻机。

图4 YSL-300 型钻机

4 结语

综上所述，钻探在当前以及今后相当长的一段时间都将是地质资源勘查中获取直观地质资料的主要技术方法。因此，必须加强相关钻探设备与技术研究，提高钻探效率、质量，推动我国钻探技术体系不断完善，适应各种复杂地质条件，保证钻探成果的精确性与可靠性，为后续工作提供支撑。