探討地質(zhì)鉆探中新技術(shù)的應(yīng)用

趙強(qiáng)

摘要：地質(zhì)鉆探技術(shù)是近年來比較常見的一種新型技術(shù)手段，在很多領(lǐng)域中都可以實(shí)現(xiàn)合理利用。本文針對(duì)地質(zhì)鉆探中的新技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行分析，對(duì)受控定向鉆進(jìn)技術(shù)、反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)等實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行分析，為地質(zhì)鉆探新技術(shù)的應(yīng)用效果提供有效保障。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)鉆探；新技術(shù)；應(yīng)用措施

隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和快速發(fā)展，很多領(lǐng)域要想在當(dāng)代社會(huì)背景下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)展，提高其綜合競爭力，就必須要對(duì)一些先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行合理利用，這樣才能夠取得良好的發(fā)展成效。其中，地質(zhì)鉆探技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，其主要是對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行合理利用，直接從地表向地下進(jìn)行不斷深入地鉆進(jìn)。與此同時(shí)，在鉆孔的各個(gè)不同深度背景下，對(duì)礦樣、土樣等進(jìn)行合理的選擇和利用。在實(shí)踐中，要結(jié)合實(shí)際要求，對(duì)地質(zhì)鉆探技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的利用，這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種不同類型樣本物理、化學(xué)特性的有效檢測，而且還可以根據(jù)檢測結(jié)果，對(duì)地層的特性等進(jìn)行合理的劃分和利用。

1.地質(zhì)鉆探中鉆探設(shè)備新技術(shù)的應(yīng)用

在當(dāng)前我國科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和快速發(fā)展的背景下，越來越多的新型技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中。與此同時(shí)，我國經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展時(shí)，對(duì)各種不同類型能源、礦產(chǎn)資源的需求量一直在不斷擴(kuò)大。地質(zhì)鉆探的區(qū)域也逐漸擴(kuò)大，同時(shí)逐漸同原本的內(nèi)陸腹地轉(zhuǎn)移到海洋領(lǐng)域，尤其是對(duì)深海地區(qū)的發(fā)展而言，發(fā)現(xiàn)其中蘊(yùn)含的各種不同類型資源非常豐富。這也是近年來，海洋領(lǐng)域被看作是地質(zhì)鉆探重要區(qū)域的根本原因之一。

1.1深海、大洋地質(zhì)鉆探設(shè)備中新技術(shù)的應(yīng)用

在對(duì)深海、大洋等地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)鉆探時(shí)，其主要是針對(duì)海洋大陸或者是海床等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)鉆探取樣。通過這種方式在其中科學(xué)合理的利用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋地質(zhì)更加深入的調(diào)查和分析，這樣可以從中實(shí)現(xiàn)對(duì)海底礦藏合理的利用。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以及資料記載中的內(nèi)容進(jìn)行結(jié)合分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)在21世紀(jì)初期時(shí)，我國海洋地質(zhì)的鉆探基本上處于完全空白的狀態(tài)[1]。通常情況下，由于國外一直以來都在海洋鉆探當(dāng)中的重點(diǎn)位置，同時(shí)很多發(fā)達(dá)國家在這一方面，對(duì)我國的技術(shù)進(jìn)行了非常嚴(yán)重的封鎖。我國當(dāng)前的地質(zhì)鉆探工作在具體開展過程中，會(huì)涉及的技術(shù)、手段等基本上面都是依靠發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)、先進(jìn)技術(shù)手段等?，F(xiàn)階段，在與實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)我國近年來在海洋地質(zhì)鉆探方面取得了不小的成績，有了非常明顯的成績。尤其是在2017年，我國自主設(shè)計(jì)和研究是了“海洋地質(zhì)十號(hào)”綜合地質(zhì)調(diào)查船，該設(shè)計(jì)的根本目的，是為了有效彌補(bǔ)我國在小噸位大的鉆探海洋地質(zhì)鉆探船方面現(xiàn)存的空白問題。通過該技術(shù)的提出以及在實(shí)踐中的有效落實(shí)，不僅可以促使海洋地質(zhì)的整個(gè)調(diào)查能力得到有效提升，而且還意味著我國海洋地質(zhì)綜合調(diào)查水平在全世界范圍內(nèi)也有了明顯的提升。在其實(shí)際操作和運(yùn)行過程中，可以實(shí)現(xiàn)在全球無限航區(qū)內(nèi)部海洋地質(zhì)調(diào)查的相關(guān)工作，同時(shí)還可以結(jié)合實(shí)際要求，將我國自主研發(fā)的配套系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行使用和操作。

1.2深孔地質(zhì)鉆探設(shè)備中新技術(shù)的具體應(yīng)用

現(xiàn)階段，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和快速發(fā)展，探礦技術(shù)越來越完善，在應(yīng)用時(shí)的整體效果普遍比較良好。所以在這種形勢下，可以在實(shí)踐中對(duì)其進(jìn)行不斷深化，這樣可以實(shí)現(xiàn)更加深層次地層的有效鉆探和分析，要想取得良好的效果，就必須要對(duì)深孔地質(zhì)鉆探設(shè)備進(jìn)行科學(xué)合理的引進(jìn)和利用。深孔鉆探技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，必須要跟隨鉆進(jìn)深度來給予適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)變，也就是深度不斷加深，與其相對(duì)應(yīng)的鉆孔壁也會(huì)相對(duì)比較脆弱，甚至嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)塌孔掉塊的情況[2]。與此同時(shí)，孔內(nèi)也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些不可預(yù)見的問題，因此，為了保證地質(zhì)鉆探效果，就必須要對(duì)這些問題進(jìn)行有效控制。因此，在整個(gè)深孔鉆探設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用過程中，通常會(huì)直接利用變頻電機(jī)等一些相關(guān)的設(shè)備。這些設(shè)備在其中的合理利用，可以利用鉆頭實(shí)現(xiàn)對(duì)巖心硬度有針對(duì)性的檢測和分析，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)功率自動(dòng)化的調(diào)整和研究。通過這種方式在其中科學(xué)合理的利用，可以最大限度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)減速、變擋旋轉(zhuǎn)鉆柱等，同時(shí)還可以沿著導(dǎo)繩實(shí)現(xiàn)上下的移動(dòng)。需要注意的一點(diǎn)就是，在整個(gè)主絞車、頂驅(qū)變頻電機(jī)相互之間，可以在實(shí)踐中通過大減速的方式，實(shí)現(xiàn)絞車?yán)K速和拉力相互之間的有效調(diào)整和限制。在實(shí)踐中，還要結(jié)合實(shí)際要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣控制上微機(jī)PLC變頻系統(tǒng)科學(xué)合理的利用，這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆距的有調(diào)整，而且還可以保證鉆頭在鉆進(jìn)時(shí)的位置具有穩(wěn)定性和有效性。通常情況下，會(huì)直接將鉆壓的精度控制在400N～1000N的范圍之內(nèi)，這樣可以取得良好的應(yīng)用效果。

1.3反循環(huán)清孔工藝

反循環(huán)清孔的定義其實(shí)就是沉渣直接從導(dǎo)管當(dāng)中排出，這種工藝手段就可以稱之為是反循環(huán)清孔。這種工藝手段在實(shí)際應(yīng)用過程中，其中會(huì)涉及多種使用方式，比如比較常見的就是泵吸法、空氣洗泥機(jī)法等。這種工藝在應(yīng)用時(shí)的整個(gè)操作過程相對(duì)比較簡單，而且清孔的效果也比較明顯，所以推廣速度普遍比較快。該方法在利用時(shí)，主要是通過對(duì)空壓機(jī)內(nèi)部的壓縮空氣進(jìn)行合理利用，對(duì)導(dǎo)管內(nèi)的鳳管進(jìn)行合理安裝，并且將其直接輸送到對(duì)應(yīng)的樁孔當(dāng)中，高壓氣在此時(shí)可以與泥漿實(shí)現(xiàn)有效混合，最終在導(dǎo)管內(nèi)部可以形成一種密度與泥漿相比要更小的漿氣混合物。這樣在實(shí)踐中，可以不斷形成流動(dòng)，由于導(dǎo)管的內(nèi)斷面積在其中相對(duì)比較大，所以就會(huì)形成具有非常大流速、流量的反循環(huán)。

2.地質(zhì)鉆探中新技術(shù)的應(yīng)用措施

2.1受控定向鉆進(jìn)技術(shù)

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和快速發(fā)展，越來越多的新型技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中。尤其是頁巖氣的開發(fā)和利用，促使受控定向鉆進(jìn)技術(shù)有了飛躍的發(fā)展。該技術(shù)在提出以及具體應(yīng)用過程中，其主要是在整個(gè)地質(zhì)鉆探過程中，可以促使鉆孔根據(jù)實(shí)現(xiàn)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的軌跡，實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性地鉆進(jìn)操作，同時(shí)在實(shí)踐中可以實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)的基本目標(biāo)。與此同時(shí)，受控定向鉆進(jìn)施工工藝在提出以及具體應(yīng)用過程中，液動(dòng)螺桿鉆在其中可以被看作是主要的設(shè)備類型之一，在下鉆背景下，也可以實(shí)現(xiàn)無載荷條件的有效落實(shí)。鉆具在實(shí)際應(yīng)用過程中，一旦在啟動(dòng)之后，就會(huì)緩慢下放，一直到鉆頭可以達(dá)到孔底之后，會(huì)根據(jù)實(shí)際情況的不同，逐漸對(duì)鉆壓進(jìn)行增加，一直到正常鉆壓為止。

2.2反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)

反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，其整體應(yīng)用效果普遍比較良好。該技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，其主要是利用沖洗液循環(huán)方式，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)正循環(huán)相反的一種循環(huán)方式。在實(shí)際應(yīng)用過程中，比較適合被應(yīng)用在一些大口徑的巖心鉆探、水井施工等各個(gè)方面。在該技術(shù)的實(shí)際鉆進(jìn)應(yīng)用過程中，鉆孔內(nèi)部必須要保持相對(duì)比較高的水位[3]。與此同時(shí)，還需要注意的一點(diǎn)就是，必須要保證沖洗液的靜壓力與地層壓力之間可以保持非常良好的平衡狀態(tài)。如果在實(shí)踐中，沖洗液自身的壓力比較高，那么可以實(shí)現(xiàn)對(duì)孔底集聚巖屑有針對(duì)性的排除和處理。通過這種方式在其中科學(xué)合理的利用，不僅可以從根本上促使巖屑不會(huì)受到重復(fù)破碎的影響，而且在鉆進(jìn)時(shí)，還不會(huì)輕易發(fā)生嚴(yán)重的堵鉆等現(xiàn)象。這樣可以最大限度保證鉆進(jìn)的速度得到有效提升，現(xiàn)階段，比較常見的幾種使用方式包括泵吸反循環(huán)、壓縮空氣反循環(huán)以及射流分循環(huán)等。其中，壓力反循環(huán)鉆進(jìn)方式在實(shí)際應(yīng)用過程中，其主要是直接將壓縮空氣通過供氣管路在其中科學(xué)合理的利用，直接輸送到井內(nèi)相對(duì)應(yīng)的汽水混合室當(dāng)中。這樣做的根本目的是為了促使壓氣與鉆桿內(nèi)的水可以實(shí)現(xiàn)有效混合，這樣可以形成比重不超過1的氣水混合體，促使巖屑可以實(shí)現(xiàn)有效排出。

2.3鉆探材料工藝控制技術(shù)

可膨脹套管在實(shí)際應(yīng)用過程中，其主要是對(duì)普通API標(biāo)準(zhǔn)序列進(jìn)行合理利用，將與其相關(guān)的套管直接下入到對(duì)應(yīng)的技術(shù)套管之內(nèi)。緊接著可以對(duì)一些特殊工具、工藝手段進(jìn)行科學(xué)合理的引進(jìn)和利用，這樣可以直接將下入的套管膨脹到與上層技術(shù)套管內(nèi)壁津貼的位置處。在裸眼可見的位置處，可以將水泥注入其中，在套管內(nèi)部重疊的部分，其自身具有懸掛和密封元件的特征。兩層套管相互之間的內(nèi)經(jīng)差，可以被看作是膨脹后套管的主要壁厚。該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，尤其是將其應(yīng)用在復(fù)雜地質(zhì)條件中的地質(zhì)環(huán)境中，可以實(shí)現(xiàn)“革命性”的改革和創(chuàng)新，有利于提升技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

2.4螺桿馬達(dá)驅(qū)動(dòng)

螺桿馬達(dá)驅(qū)動(dòng)是現(xiàn)階段應(yīng)用比較廣泛的一種新型地質(zhì)鉆探技術(shù)。螺桿馬達(dá)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，與傳統(tǒng)的穩(wěn)定組合鉆具相比，具有非常多的優(yōu)勢特點(diǎn)。在兩者的優(yōu)點(diǎn)比較分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定組合鉆具在地質(zhì)鉆探實(shí)施過程中，需要投入的成本比較低，結(jié)構(gòu)也具有簡單化的特征，比較容易操作，同時(shí)對(duì)沖洗液本身的性能要求并不是很高。

而螺桿馬達(dá)新技術(shù)在使用時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)傾角、方位角等進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)節(jié)，同時(shí)還可以保證隨鉆測量的高精準(zhǔn)度。同時(shí)，螺桿馬達(dá)還具有非常良好的定向效果，對(duì)設(shè)備的能力要求并不是很高。在應(yīng)用范圍方面，穩(wěn)定組合鉆具在應(yīng)用時(shí)，主要是應(yīng)用在一些定向精準(zhǔn)度要求并不是很高的穩(wěn)定層，而螺桿馬達(dá)則是應(yīng)用在一些對(duì)定向精準(zhǔn)度要求比較高的地層瓦斯抽采長鉆孔等地質(zhì)環(huán)境中。如圖1所示。

3.結(jié)束語

隨著新型技術(shù)的不斷研發(fā)和使用，對(duì)我國地質(zhì)鉆探技術(shù)的未來發(fā)展具有非常重要的影響和作用。在地質(zhì)鉆探新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，要結(jié)合實(shí)際要求，對(duì)其進(jìn)行不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，這樣不僅可以保證該技術(shù)的應(yīng)用效果，而且還可以保證鉆探的效率、質(zhì)量等都能夠得到有效提升。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王達(dá)，李藝，周紅軍，劉躍進(jìn)，張林霞，孫建華.我國地質(zhì)鉆探現(xiàn)狀和發(fā)展前景分析[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）， 2016， 43（04）： 1-9.