地質巖心鉆探技術及其在資源勘探中的應用探索

徐 強

（安徽省地質礦產勘查局 321 地質隊，安徽 銅陵 244100）

地質巖心鉆探技術至今為止已經發展了100多年，目前世界各國對該技術的研究也從未停止。隨著地質勘探技術水平的不斷提高，對于資源勘測的精確程度也起到極大的幫助，同時有力地緩解了當前國內資源所面臨的短缺和不平衡的問題。

1 地質巖心鉆探技術發展概述

1.1 國內外地質巖心鉆探技術的發展沿革

這項技術是鉆探技術中十分重要的手段，在具體的使用過程中，可以通過鉆孔獲得地表不同深度的樣品，然后拿到實驗室進行專業分析就可以獲得樣品中的具體資源含量，然后在此基礎上進行地質鉆探即可大面積獲得資源。該技術隨著鉆頭材料的不斷變化也取得了一定的進步，例如天然金剛石在18世紀中期就逐步應用到該技術中，同時相應的電動轉盤機也取代了人力驅動。隨著鉆探技術的不斷升級和進步，機械化的鉆探設備逐步轉變為自動化和智能化。我國在清朝末年第1次引進了該設備和相關的技術，但由于當時的時代背景相對混亂，在工業技術的國產化方面進步相對比較有限。新中國建立以后，該技術和設備所使用的核心零部件都依賴進口，每一次作業的生產成本都相對較高，所以我國的科研工作者還是大力的引進和學習，并將其國產化我國目前的整個鉆探行業相比于從前已經有了突飛猛進的進步，但仍然相對于西方歐美發達國家有著較大的進步空間，需要廣大科研工作者不斷學習和鉆研[1-3]。

1.2 當前主要的地質巖心鉆探技術

立軸式巖心鉆探設備和全液壓動力狀態設備是我國最早引進的地質巖心鉆探設備，這兩種設備和相關的技術目前已經基本國產化，該技術在資源鉆探中受到了當時存在條件的限制，而沒有得到十分廣泛的應用。

全液壓動力鉆探技術近些年來受到了人們的關注，并且隨著液壓驅動技術的不斷完善及元件的質量不斷提高，越來越多的技術人員青睞于該技術，但該技術在我國發展相對比較緩慢，主要是由于我國的液壓元器件的生產質量相對一般。但近些年來，我國相關的制造業和地質勘查領域的不斷發展，使得我國的相關制造企業也逐步針對全液壓動力鉆探設備和技術的研發力度逐步增強，掀起了全新一輪的發展浪潮。而近些年來的多功能鉆探技術也逐步地走入了人們的視野中，例如英國所生產的英式鉆機，德國生產的hrs系列鉆探工具都可以自動化作業，在資源的勘探過程中發揮了重要的作用。

圖1 地質巖心鉆探設備

2 地質巖心鉆探技術在資源勘探中的應用

2.1 繩索取心鉆探技術在資源勘探中的應用。

該技術是我國最為常見的資源鉆探和生產過程中所使用的技術之一，該技術所使用的設備相對簡單，可以大大降低人力資源所消耗的費用，但投入的作業成本相對較高，設備也相對比較昂貴。在鉆探過程中，技術人員可以通過調節鉆進的參數，例如鉆探的速度和進給量來試探作業。在鉆探過程中鉆頭的轉速控制是十分重要的，如果控制不當很可能是鉆頭受到不可逆的傷害，導致維修成本變得十分高昂。一般情況下，鉆頭的圓周線速度控制在每秒1.5～3.2米之間相對較好，同時小直徑的鉆頭一般情況下適合采用高轉速進行作業，而大直徑的鉆頭可以采用低轉速進行作業。同時還應該根據實際情況來針對性的設計鉆孔結構，盡可能地避免重復鉆孔所需要的時間和程序，充分的保證作業效率。

在選擇沖洗液的時候，可以選擇低固相沖洗液和無固相沖洗液。其中，相對于低固相沖洗液來說，五固相沖洗液的浮懸能力相對較強，可以在鉆井壁上形成一層較強的薄膜，起到潤滑和降低阻力的作用，同時也可以起到保護井壁的效果。除此之外，報信裝置也可以影響繩索取芯鉆探技術的正常使用，該裝置的主要工作原理是將一個頂部帶有壓力表的緩沖管安裝到進水管上，隨時讀取孔內的作業情況，一般情況下，壓力上升0.5-1.0兆帕就說明管內的總成基本到位，可以正常調整設備準備作業，在具體的作業過程中，如果巖心滿管或堵塞，很可能造成壓力的異常升高，甚至造成設備不可逆的損傷，所以在這種情況下要防燒鉆事故。

2.2 連續反循環鉆探技術在資源勘探中的應用。

該技術是目前比較先進的技術，但是這一技術在我國目前的應用仍然處于起始階段，具體的應用原理是通過某種介質壓入到兩個套筒之間，起到潤滑作用，這是鉆桿的內外之間形成一定的空隙或處于潤滑狀態，從而使其實現反復循環的效果，在循環過程中產生的阻力可以實現鉆具的取樣和打孔操作，這樣可以一定程度上減少空隙的截面。除此之外，也可以將繩索取心鉆探技術和該技術進行聯合使用，來提高一線施工時的作業效率。

3 地質巖心鉆探技術的未來發展展望

3.1 巖心鉆探技術的發展趨勢

隨著人類消耗資源越來越多，自然界所存在的資源也越來越少，使得全球的化石能源在日益的緊張，為了避免能源短缺，鉆探技術的研發，必須引起學術界和企業的廣泛重視，從而不斷提高鉆探的能力和水平，提高資源的開采效率和使用效率。除此之外，針對地質巖心鉆探技術對研發方向不僅僅應當局限在一些淺層的資源，同時還要向深層資源的開發方向發展，更加充分地利用全部的資源，而不僅僅是一開采的資源。

3.2 技術推廣的注意事項

在使用地質巖心鉆探技術及推廣過程中，要圍繞如下幾方面展開工作：首先對于相關企業和科研院校的研發人員，必須要給予足夠的物質支持，調動工作人員的主觀能動性，由于我國從事鉆探技術的研發人員總量相對較少，所以還要培養一大批后備人才進入該行業。在資源開采過程中所涉及到的基礎性研究項目，可以由企業聯合高校進行攻關，克服技術上的薄弱環節；其次，還要加強相關數據的統計工作，在設備使用過程中，所涉及到的各項數據要及時為科研部門傳輸，同時將其納入資源的服務系統中；最后，要加強評選活動的開展力度，充分地調動起物業人員的主觀能動性，提高單位時間內的作業產出。

3.3 在其他領域的應用

由于地質巖心技術在資源勘探過程中所起到的重要作用，我國的政府部門及相關從業人員非常注重該技術的研發力度，并且在一定程度上也取得了進展，尤其是在鉆機、鉆頭和相關工具的研發方面，近些年來進步十分迅猛，但是在大型的工程機械設備的研發效果方面不理想，所以在今后的地質鉆探設備的研發方面，在設備應用過程中不斷積累社會的歷史數據，從而為我國鉆探事業的研發提供堅實的支持，對于資源的開采渠道的研究力度也要不斷加大，例如開采頁巖油、頁巖氣等能源，這與解決能源短缺有著重要的作用。同時，海洋資源的利用效也尤為重要。由于海洋中蘊含著豐富的資源，與之相應的鉆探技術發展也要同步配套進步，使工程機械設備盡可能的滿足海洋的惡劣環境，在鉆探過程中，設備在陸地上所積累的歷史經驗，也要不斷的應用到海洋鉆探過程中[4,5]。

4 結語

綜上所述，世界各國的資源需求量隨著經濟社會的不斷進步在不斷提高，當前全球能源日益緊張的大背景下，其勘探工作受到了人們的廣泛重視。而且新鉆探技術憑借著其獨特的優勢為資源的勘探工作提供了重要的支持，但我國的鉆探技術與西方歐美發達國家相比，仍然存在著一定的進步空間。因此，我國應大力發展地質巖心鉆探技術，特別是提高深層、深海資源鉆探能力，以進一步提升我國資源開發水平，促進我國經濟社會的健康持續發展。