探析工程地质钻探技术

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1、摘要：工程地质钻孔的直径应根据工程要求、地质条件再结合钻探方法、钻探设备予以综合确定。为了划分地层而进行的钻孔，钻孔直径一般不宜小于33mm；为采取原状土样而进行的钻孔，孔径大小不宜小于108mm；为采取岩芯试样的钻孔，对于软质岩石其直径不宜小于108mm，对于硬质岩石其直径不宜小于89mm。常见的钻探方法有很多种，根据破碎岩土的方法可分为：冲击钻探、回转钻探、冲击回转钻探、振动钻探等。常用的地质钻探设备主要包括动力机、钻机、泥浆泵、钻杆和钻头等。本文就根据自身工作经验，针对地质钻探技术的相关要点

2、进行详细阐述。关键词：地质钻探；钻进技术；钻孔1　地质钻探技术设备现状钻探技术设备是钻孔工程中的关键组成部分，它随着钻探工艺和钻探方法的发展而变化，同时它也直接影响着钻探技术水平的进步。地质钻探设备是指直接用于钻探施工中的机械设备，主要包括动力机、钻机、泥浆泵等，其中最重要的部分，也是核心部分为钻机。这里主要对钻机现状进行阐述。1．1　全液压动力头岩芯钻机全液压动力头岩芯钻机现已成为国外钻探工程中的主流钻机机型，而且已经形成完整的规模，其具有如下结构特点：液压动力头式回转机构、无级调速模式、长行程

3、的给进系统、机械化自动化程度高、液压绞车式提升系统、配套器具齐全、在钻孔中能做较大范围角度调整的桅杆机构等特点。1．2　新型中深孔钻机新型中深孔钻机多为多功能钻机。随着复合钻探技术的进步，即金刚石岩芯钻探、空气反循环连续取样钻探、空气潜行锤取样钻探等钻进工艺的广泛使用，适用该复合钻进的多功能钻机得到了飞速发展。1．3　自动化、智能化钻机自动化、智能化钻机在欧美地区已经成熟使用。一些新型的钻机系列早已实现全自动化，如典型适合金刚石钻进的高转速低扭矩钻机适用于地表或巷道内工作。更有一系列的钻机真正实现

4、了机台单人操作。1．4　国内钻探设备目前，国内地质钻探设备的主力机型仍为立轴式岩芯钻机，同时，全液压动力头岩芯钻机正在快速地增长中。而对于深部矿山区的钻探工程，国产的坑道钻机得到广泛使用，其也得到了大规模地发展。在煤气层钻探中所采用的煤层气钻机大多采用水源钻机、物探钻机或进口钻机，这也使得国内的煤层气钻机能有个广阔的市场。2　地质钻探技术地下钻探技术是向地质体钻孔并破碎孔底岩石的方法及钻进工艺的综合。根据不同的钻进目的，我们可以采取不同的钻进方式和钻探设备，从而形成各种不同钻探方法。在钻进的过程中

5、，原始机械的方法进行岩石的破碎现在仍然被采用。根据不同的外力的作用方式，可将现钻探方法分为冲击式钻探、回转式钻探、冲击回转式钻探和振动式钻探，个别特殊地层条件下喷射式钻探也常常被采用。如果根据钻探切削工具的不同又可将钻探方法分为钢粒钻探、硬质合金钻探和金刚石钻探。根据钻探的目的和作用不同可分为水文地质钻探、固体矿产钻探、工程地质钻探、地热钻探、砂矿床钻探、石油天然气钻探、科学（超深孔）钻探和地表取样钻探等。如按所用冲洗液和循环方式又可分为泥浆钻探、清水钻探、空气钻探、正循环钻探以及反循环钻探等。按

6、钻探区域的不同又可分为极地钻探、陆地钻探、水域钻探以及月面钻探等。除此之外，还有一些高效的钻探方法如热力法、熔融法和化学方法等，但这些方法因为成本高、技术难度大而未得到广泛适用。其中热力法包括高频电流钻、火焰喷射钻、微波钻等，熔融法包含等离子钻、电热钻、激光钻等，而化学方法常用的是利用化学试剂将岩石进行破碎。2．1　冲击式钻探冲击式钻进是始创于中国的一种古老的钻井方法，早在11世纪传入西方，目前在中国和国外都还在广泛适用。其钻进原理在于使用钢丝绳或钻杆相连用一字型或十字形钻头，上下运动冲击岩石，同

7、时捞出岩屑和岩粉，形成钻孔。影响冲击钻进的速度主要是冲击频率、冲击功、冲击方式及传递三要数。冲击频率对钻进速度的影响根据冲击的频率不同，可将其分为4类：低频、中频、高频和超高频。冲击频率与钻进效率是成正比的，但当冲击频率达到某一定值后，这个比例关系就不再存在，相反而有所下降。这是因为单位时间内的重复次数多，孔内的岩屑来不及排出，沉积在钻头部位起到一个缓冲的作用。另外，冲击频率大，必然冲击时间过短，导致冲击功对于岩石的作用时间不够长，破岩不够完全而达不到高效率的体积破碎。冲击功大小对钻进速度有着最直

8、接的影响。研究表明：在钻头直径固定时，不同的冲击功破碎的单位体积岩石所需的冲击功是不同的，而且数值相差很大，这就说明了冲击功在冲击式钻进中的地位。冲击方式及传递对钻进速度的影响按振动源不同可分为机械式、气（液）动式和电磁式3种类型。其中重点介绍机械式冲击钻，机械式也称为机械惯性式。这种利用凸轮的旋转产生冲击力的冲击方式的最大特点就是结构简单、制造容易、振动力大，但同时其结构特点也限制了在水平孔钻进中的应用。2．2　回转式钻探回转式钻进是当前用的最普通的钻进方法，这是利用钻具的回转运