淺析地質(zhì)勘察工程中的鉆探技術(shù)

1、淺析地質(zhì)勘察工程中的鉆探技術(shù)摘要：為了滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需要，與尋找工業(yè)生產(chǎn)所需原料、與配合大中型工程基礎(chǔ)建設(shè)等相關(guān)的鉆探工程，其作用越發(fā)突顯。本文結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，針對(duì)地質(zhì)勘察工程中的鉆探技術(shù)做了具體闡述。關(guān)鍵詞：地質(zhì)勘察工程；鉆探技術(shù)；應(yīng)用引言鉆探技術(shù)即為采用人力或機(jī)械的方式，揭示地層層序、巖土工程特征、掌握地表以下地層或是某一特定位置的地質(zhì)地層情況的勘探手段，是我國(guó)工程建設(shè)、采礦等作業(yè)的基礎(chǔ)。在此背景下，不斷提高地質(zhì)勘察工程中的鉆探技術(shù)水平意義重大。1鉆探技術(shù)概述1.1鉆探技術(shù)分類鉆探技術(shù)即為向地下鉆孔、破碎孔底巖石的方法和鉆進(jìn)工藝的總稱。根據(jù)鉆探目的、技術(shù)裝備以及工藝的不同，鉆探方

2、法也各有差異。如下表1所示即為鉆探技術(shù)的分類。表1 鉆探技術(shù)的分類分類依據(jù)鉆探技術(shù)鉆探區(qū)域陸地鉆探、水域鉆探、極地鉆探、月面鉆探鉆探的目的固體礦產(chǎn)鉆探、水文地質(zhì)鉆探工程、砂礦床鉆探、地?zé)徙@探、石油天然氣鉆探、科學(xué)鉆探和地表取樣鉆探等外力作用的性質(zhì)與方式?jīng)_擊鉆探、回轉(zhuǎn)鉆探、沖擊回轉(zhuǎn)鉆探、振動(dòng)鉆探等切削工具硬質(zhì)合金鉆探、金剛石鉆探和鋼粗鉆探?jīng)_洗液或循環(huán)方式清水鉆探、泥漿鉆探、空氣鉆探、正循環(huán)鉆探、反循環(huán)鉆探等1.2常見鉆探技術(shù)在實(shí)際的鉆探工程中，破碎巖石主要使用的是機(jī)械方法。如下表2所示即為常見鉆探技術(shù)。表2 常見鉆探技術(shù)的適用巖層以及取樣方法鉆探方法適用巖層取樣方式?jīng)_擊鉆探適用于松軟土層或中硬覆

3、蓋層，例如：礫石層、卵石層等取巖屑振動(dòng)鉆探取巖屑、巖芯抓斗取樣回轉(zhuǎn)鉆探硬質(zhì)合金鉆頭或復(fù)合片鉆頭，適用于軟中等硬度以下的巖層取芯、取巖粉金剛石鉆頭，適用于硬和堅(jiān)硬巖層沖擊回轉(zhuǎn)鉆探適用于軟硬交替或強(qiáng)硬性地層、堅(jiān)硬地層取芯2 鉆探技術(shù)應(yīng)用2.1鉆探準(zhǔn)備工作在具體的鉆探施工中，首先應(yīng)根據(jù)鉆探目標(biāo)任務(wù)制定鉆探工作計(jì)劃；其次應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘查的初步數(shù)據(jù)，制定鉆探施工方法，選擇鉆頭類型，計(jì)算鉆進(jìn)參數(shù)，選擇與準(zhǔn)備鉆探工具和材料；最后核算鉆探經(jīng)費(fèi)，確定施工期限，爭(zhēng)取以最經(jīng)濟(jì)的投入獲得最大的效益。2.2鉆探工藝確定鉆探孔位根據(jù)鉆探工藝，嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行鉆探施工標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)真測(cè)算，確定鉆探場(chǎng)地方位、鉆機(jī)安置位置、鉆頭傾角。使之

4、達(dá)到工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。采取巖芯（1）按照工藝設(shè)計(jì)說明，經(jīng)過審批單位批準(zhǔn)，選擇礦層含量在75%以上的礦體巖芯，進(jìn)行采取。（2）對(duì)于具有重要標(biāo)識(shí)作用的礦帶巖芯，其采取率不得低于70%，對(duì)于一般礦帶巖芯，其采取率不得低于65%。（3）提取巖芯要牢靠，防止脫落，防止錯(cuò)位和顛倒，用清水洗凈后，按照采取順序放入存儲(chǔ)箱，使用統(tǒng)一符號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)注，填寫標(biāo)牌，放入相應(yīng)位置。避免發(fā)生錯(cuò)誤，嚴(yán)禁弄虛作假，及時(shí)辦理存放手續(xù)，入庫保管，避免積壓于工地或途中的車站、碼頭、機(jī)場(chǎng)等地。避免鉆孔出現(xiàn)彎曲偏離對(duì)于直孔鉆探，每鉆進(jìn)50100米，對(duì)于斜孔鉆探，每鉆進(jìn)50米，必須測(cè)量一次頂角與方位角。對(duì)于鉆孔換徑或是鉆探到礦體時(shí)，需要增

5、加測(cè)量次數(shù)。對(duì)不同的鉆頭不同的鉆孔，其角度測(cè)量數(shù)值是不同的。具體系數(shù)參照相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)表。若在鉆探過程中，出現(xiàn)特殊情況，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分析并提出變更計(jì)劃，須報(bào)審批部門同意，再行執(zhí)行?？咨铗?yàn)證每鉆進(jìn)100米，或是根據(jù)建設(shè)工程要求，在鉆探標(biāo)志層、地質(zhì)構(gòu)造層、終孔等地段，必須測(cè)量孔深，進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)，其誤差不得超過千分之一，如若偏差過大，應(yīng)該立即進(jìn)行更正。水文觀測(cè)在鉆探施工過程中，必須密切關(guān)注水文現(xiàn)象，詳細(xì)記錄水文情況，并分析相關(guān)數(shù)據(jù)，不妨根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出有預(yù)見性的建議。封孔在鉆探工作完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后，應(yīng)做好封孔工作，使用符合標(biāo)準(zhǔn)的封孔材料，按照工藝要求，進(jìn)行正確的封孔，安置好孔口標(biāo)志，以

6、免發(fā)生意外。3實(shí)例分析地質(zhì)勘察工程中的鉆探技術(shù)的應(yīng)用3.1黔北地區(qū)頁巖氣鉆探概況黔北地區(qū)，指遵義斷裂以東、普定貴陽鎮(zhèn)遠(yuǎn)斷裂以北的貴州省行政區(qū)范圍內(nèi)，面積約4.9104km2。構(gòu)造位置處于武陵坳陷構(gòu)造單元。目標(biāo)層位為震旦系陡山沱組、下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、下寒武統(tǒng)變馬沖組、上奧陶下志留統(tǒng)龍馬溪組等海相含氣頁巖層段。該項(xiàng)目重點(diǎn)查明黔北地區(qū)震旦紀(jì)早古生代含氣頁巖的發(fā)育層位、基本地質(zhì)特征和分布規(guī)律，分析頁巖氣富集條件，獲得頁巖氣地質(zhì)系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行頁巖氣勘探開發(fā)綜合評(píng)價(jià)。3.2鉆探工作量部署黔北項(xiàng)目部署實(shí)施8巖氣調(diào)查井，實(shí)際實(shí)施8口。鉆探工作量6592m（詳見表3）。表3黔北地區(qū)頁巖氣調(diào)查井部署表序號(hào)井號(hào)

7、井位開孔層位完鉆層位目的層位設(shè)計(jì)井深（m）1道頁1井道真玉溪韓家店組十字鋪組龍馬溪組8102綏頁1井綏陽青杠塘清虛洞組燈影組牛蹄塘組7373湄頁1井湄潭高臺(tái)清虛洞組燈影組牛蹄塘組7304正頁1井正安市坪清虛洞組燈影組牛蹄塘組6905石頁1井石阡聚風(fēng)清虛洞組南沱組牛蹄塘組8686德頁1井德江七里溪高臺(tái)組燈影組牛蹄塘組1250牛蹄塘組7鎮(zhèn)頁1井鎮(zhèn)遠(yuǎn)爛泥村杷榔組燈影組變馬沖組753牛蹄塘組8松頁1井松桃牛場(chǎng)清虛洞組燈影組變馬沖組7549合計(jì)65923.3鉆井設(shè)計(jì)及技術(shù)要求鉆井設(shè)計(jì)鉆井設(shè)計(jì)深度：詳見表1，孔深誤差允許范圍：1。設(shè)計(jì)傾角：90，鉆孔彎曲度全孔允許范圍：2/100m。鉆井類別：頁巖氣調(diào)查井

8、。鉆井技術(shù)要求（1）鉆孔施工技術(shù)要求嚴(yán)格遵守地質(zhì)巖芯鉆探技術(shù)操作規(guī)程(DZ/T0227-2010)及頁巖氣勘探的其他技術(shù)要求。（2）鉆孔施工質(zhì)量要求巖礦芯采取率與整理。完整段取芯收獲率在90%以上，破碎層段取芯收獲率不小于70%。取出的巖礦芯，應(yīng)洗凈后自上而下次序裝箱，不得有顛倒或拉長(zhǎng)；巖芯編號(hào)采用白底紅漆字，以代分?jǐn)?shù)標(biāo)示出是第幾次取芯、共有幾塊、本塊巖芯是第幾塊，還應(yīng)在巖芯側(cè)面用連續(xù)直線、箭頭標(biāo)示出上下方向。每回次必須填放巖芯票；巖芯箱必須全部采用塑料巖芯箱。鉆孔彎曲度測(cè)量。每100m測(cè)一次鉆孔方位角和天頂角，終孔必須測(cè)量。天頂角誤差允許范圍：2/100m；孔深誤差的測(cè)量與校正。用鋼尺校正孔

9、深，每100m必須校正一次，誤差不超過1，同時(shí)，根據(jù)地質(zhì)工作需要可隨機(jī)進(jìn)行孔深校正。原始班報(bào)表記錄。原始記錄班報(bào)表分班次由專人填寫，做到內(nèi)容齊全、數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠、準(zhǔn)確、整潔，對(duì)大于5cm的巖礦芯進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，注明回次及塊數(shù)。編號(hào)清楚，巖芯隔板回次齊全。簡(jiǎn)易水文觀測(cè)。鉆孔遇縮徑、掉塊、裂隙、涌砂、漏水、逸氣、涌水、溶洞等特殊水文現(xiàn)象，必須記錄孔深位置，出現(xiàn)涌水現(xiàn)象必須停鉆測(cè)水頭高度并立即通知水文人員。每鉆進(jìn)一個(gè)回次必須測(cè)起鉆后、下鉆前水位各一次，根據(jù)地質(zhì)情況，下達(dá)鉆進(jìn)過程中測(cè)量特殊層段的穩(wěn)定水位。鉆孔終孔后必須測(cè)至穩(wěn)定水位。封孔。鉆孔封孔按地質(zhì)技術(shù)部門下達(dá)的鉆孔封孔通知書標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行封閉，設(shè)立永久性

10、標(biāo)志，標(biāo)注孔號(hào)、孔深、開孔、終孔日期及施工單位。其他要求：沖洗液中不加入含油、含熒光等能夠影響頁巖氣評(píng)價(jià)樣品分析化驗(yàn)結(jié)果的處理劑和添加劑。沖洗液不能返出井口致使無法做氣測(cè)錄井時(shí)，必須進(jìn)行堵漏工作使沖洗液正常循環(huán)以保證氣測(cè)錄井工作正常進(jìn)行。3.4鉆探工藝技術(shù)鉆探設(shè)備選擇根據(jù)鉆井設(shè)計(jì)井深要求選擇鉆進(jìn)能力及工藝技術(shù)相匹配的地質(zhì)巖芯鉆機(jī)作為貴州省頁巖氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)（黔北項(xiàng)目）鉆探設(shè)備。整個(gè)項(xiàng)目共投入鉆探設(shè)備6臺(tái)套，詳見表4。表4 主要鉆探設(shè)備一覽表序號(hào)規(guī)格及型號(hào)單位數(shù)量施工鉆孔1CSD3000型全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)臺(tái)套1道頁1井松頁1井2CSD1800X型全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)臺(tái)套1正頁1井3XY-2000型地

11、質(zhì)巖芯鉆機(jī)臺(tái)套1綏頁1井4XY-3000型地質(zhì)巖芯鉆機(jī)臺(tái)套1徳頁1井5HXY-6A型地質(zhì)巖芯鉆機(jī)臺(tái)套1石頁1井湄頁1井6HXY-6B型地質(zhì)巖芯鉆機(jī)臺(tái)套1鎮(zhèn)頁1井總體采用：150mm130mm114mm（PQ）95mm（HQ）。綏頁1井因孔深超深太多，設(shè)備能力不足，終孔換用75mm口徑。鎮(zhèn)頁1井因孔內(nèi)事故換用75mm口徑終孔。主要井身結(jié)構(gòu)示意圖見圖1、圖2。圖1綏頁1井井身結(jié)構(gòu)示意圖圖2 徳頁1井井身結(jié)構(gòu)示意圖鉆進(jìn)方法采用以金剛石繩索取芯鉆進(jìn)為主，單管金剛石為輔的綜合鉆進(jìn)工藝。鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)選擇（見表5）表5 鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)選擇鉆進(jìn)方法鉆壓（kN）轉(zhuǎn)速（r/min）泵量(L/min)金剛石150mm

12、6144007004580單管130mm7144007004580PQ級(jí)金剛石繩取81550090050100HQ級(jí)金剛石繩取8155009005090泥漿技術(shù)總體采用低失水、低滲透、高潤(rùn)滑抑制性泥漿體系。3.5項(xiàng)目成果（1）貴州省頁巖氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)（黔北項(xiàng)目），設(shè)計(jì)8個(gè)鉆孔，完成8個(gè)鉆孔，完成率100%；設(shè)計(jì)鉆探工作量6592m，完成鉆探工作量9345.17m，完成率為141.77%，各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)合格。鉆井質(zhì)量評(píng)定：7個(gè)甲類孔，1個(gè)乙類孔。（2）鉆井井身結(jié)構(gòu)采用四開，即：150mm130mm122mm（PQ）95mm（HQ），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，可在同類項(xiàng)目中推廣使用。（3）低失水、低滲透性抑制性泥漿在頁巖氣勘探施工中應(yīng)用效果良好，可在同類地層鉆孔施工中借鑒使用。結(jié)語綜上所述，在地質(zhì)勘察過程中，鉆探是最重要的勘察和檢測(cè)手段。在實(shí)際工作中，工作人員必須總