江苏省地质矿产局第一地质大队
摘要：在社会经济发展过程中，地质勘探工作主要起到基础信息数据供给作用，在矿产资源的高效开发及利用上提供了技术层面的保障。我国地域广阔，地形地貌及地质状况较为复杂，在地质钻探技术的应用上需要综合考虑钻探安全性及成本大小。本文就地质钻探具体技术形式及其应用进行论述。
关键词：地质钻探；技术；应用；创新
地质钻探技术主要通过钻探手段对地下材料进行取样，然后对其地下信息及矿藏埋藏区域进行确认，最后形成地质勘探报告，为矿物资源开采提供指导。在矿产资源开采范围及深度均大幅增加的背景下，地质钻探工作的难度与日俱增[1]。地质钻探技术的有效应用，需要结合地质行业技术发展，对相关技术进行创新。
一、地质钻探技术的作用价值
地质钻探技术是自然地理基础研究学科，在人与自然的协同发展过程中形成并逐渐成熟。我国疆域广阔，地质结构复杂，矿产资源储量大，类型多。在工业生产中，地质钻探技术的应用及创新，可以为快速找矿提供技术支撑。在矿产资源侦察及需要探明地质状况条件时，地质钻探技术通过对岩性状况、地层性质、变化、厚度、褶皱、破碎带及地质构造空间分布变化等信息参数进行取样分析，可以精准形成待测区域的全方位地理信息，从而为工程建设及矿产开采提供可靠依据。
二、地质钻探技术的发展概况
经济的高速发展，一方面对各类资源提出更高使用需求，另一方面前期过于粗放式的发展模式导致了环境污染及破坏[2]。在地质钻探技术的发展过程中，我国技术底子较薄，在钻探钻头等关键设备及钻井技术方法上主要依赖进口。当前，全液压动力头岩芯钻机发展成了一个完整产品系列，其构成上主要由长行程给进系统、液压动力头式回转机构、液压绞车等组成提升系统，在桅杆机构上则以高度机械化、齐全配套器具、无极调速水平高的配件工程。一些中深孔钻机在功能上变得更为丰富多样，在金刚石岩芯钻探、空气潜孔锤钻探、空气反循环连续取样钻探等工艺更加成熟及广泛应用的背景下，多功能地质钻探钻机及技术达到了更广阔的应用。在地质钻探设备及技术样式上，占据市场主要份额的钻机机型主要是立轴式岩芯钻机，其具备性能稳定、维修便捷、操作简便的优势。在研发能力不断提高的背景下，传统立轴钻机及全液压动力头岩芯钻机在精度参数及自动化程度上更高，钻探设备的现代化水平与国际相比并不逊色，由此也降低了钻探设备及技术的外国依赖程度。
在钻探技术发展创新上，随着中微子物理学、岩芯定向技术、地下勘探技术的进一步升级，在钻探技术的精密度上将更高。为此，应做好如下几方面的同步创新：一是密切与国外先进的钻探技术及研究成果对接，将其用于我国复杂地区的地质钻探难题破解上。二是培养优质的钻探技术人员。在钻探专业水平及实践操作技能上应做好同步提升。三是借助计算机技术及微电子技术等，提高钻机设备的自动化水平，加快参数信息的共享。四是在保护环境及提高资源利用效率的基础上对地质钻探技术进行布局及创新。
三、地质钻探技术的具体应用
地质钻探技术通过在地质体中进行钻孔，然后对孔底岩石进行钻进及破碎，从而达到预期的勘测目的。在实际应用地质钻探技术时，主要结合钻探的设备型式及钻进方式，确定相应的钻探方法。例如，回转式钻探、冲击回转式钻探、振动式钻探、喷射式钻探、重锤冲击式钻探等主要是以外力作用这一因素进行划分[3]。而合金钻进、金刚石钻进、钢粒钻进等工艺方法的选择划分主要根据地层岩石硬度及地质设计等要素。一般而言，如地层不同，地质钻探技术的选择应用也不尽相同。
下面予以分析：
（一）黏土层地质状况下的钻探技术及应用
含沙粒少而富有黏性的土壤称之为黏土，黏土层各类矿物具备细小颗粒特点，在对黏土土体进行润湿后，具有较强的可塑性，即便压力较小，黏土也能够变形。在软弱粘性土层及偏软并可塑的粘性土层中，岩芯相对而言更为完整，能够对地层状态进行真实反映，同时也具备更高的钻进效率。当地下水位低于黏土层时，选用套管及带阀管钻头冲击钻进或低角度长螺旋钻回转，将钻速保持在90-100转/分。为了提高钻进质量，在下钻之前可选用高性能泥浆冲洗孔底部位泥沙，避免出现掉钻或埋钻问题。与此同时，套管作业要及时跟进并监督，避免出现塌孔。当地下水位高于黏土层，在钻探方法的选择上应结合孔深参数大小，如孔较浅，则首选套管螺旋钻方式，如孔较深，则以冲击回转式钻进方式为主。考虑到黏土层土壤可能混合到泥浆中，应对泵流量加以降低，同时对泥浆配比做好调试。针对硬塑、坚硬粘性土层及可塑偏硬土层，由于土层硬度较大，在钻进方式上可选用冲击回转钻进法，将小肋骨钻头装入并进行缓慢钻进，同时保持低速水流。如钻进过程中遇到碎石及鹅卵石，应加大钻进压力，使用中速水流，确保钻头能够全部钻进土层后，再提高钻速。采用中速档位进行钻进时，提升钻杆时遭受的阻力更小。需要注意的是，黏土层及可塑属性偏硬的黏土层，还可以通过干孔卡取法获取钻探数据，提高取芯质量。
（二）沙层地质状况下的钻探技术及应用
沙层地质状况下，黏土含量少但沙含量多，导致土质较为疏松。在沙层地质状况下进行钻探实践时，应根据地下水水位因素及砂土颗粒大小因素加以确定。螺旋钻进的方式适用于粉细砂，但在钻进时应保持适当的钻压，不能过大，同时钻速不能过高。根据实际情况确定钻头形式，如孔较深时，可以采用常规钻头与小直径螺旋钻相配合使用的方式，如地质构成中以中粗砂及砂石为主，考虑到钻进硬度，应选用硬质合金钻头及设备，在钻头直径大小上应相较岩芯筒略大。分布有碎石且体积较大时，应在钻进前先对碎石进行破碎处理。保持低速钻进，慢提快放钻杆。与此同时，做好孔壁的保护，适当跟进套管。遇到含水层，应抬升孔内水位，采用人工注水方式进行处理，避免出现钻进过程中的涌砂问题[4]。钻管长度参数为0.1-0.2m，回次进尺参数数值为0.5m。结合实际情况，确定是否采用泥浆加重压力的方法配合钻进。
（三）滑坡体及岩溶地层地质状况下的钻探技术及应用
地质状况为滑坡体时，其表面稳定性较差，此时为了提高钻探质量及效率，在钻进时可以首先干钻，配置双层岩芯管，采用无泵孔底反循环钻探法。在钻探的过程中应设置专人观察各类参数，如密度及湿度，然后结合地层破碎，对滑动位置进行分析。如钻进中可能要触及滑动面时，保持0.15-0.3m内的回次进尺数值。在岩溶地层地质状况下进行钻探作业时，应对其基岩属性、覆盖层厚度、地层构成多样等因素进行综合考虑，尤其注意钻探过程中可能伴随有斜孔、塌孔、掉钻、卡钻、超径、漏浆等问题，注意在钻进速度及钻进深度上加以控制，同时关注地下水状况。一旦发生斜孔，应对岩芯管及下导向管进行接长处理，同时放慢钻速。
结语
地质钻探技术的进步发展与社会经济的进步息息相关。在当前背景下，钻探技术质量效率并不统一，存在诸多问题及难点。为此，应对钻探区域进行全面的地质勘察，结合实际情况选用相应地质状况下的钻探技术及设备，从而提高钻探效率，为地质找矿及工业现代化生产奠定技术基础。
参考文献：
[1]李中峰.地质勘查钻探技术应用及发展[J].中国井矿盐，2021，（1）：31-32+36.
[2]刘国柱.地质钻探技术发展有关问题的思考[J].城镇建设，2021，（1）：69.
[3]杨锦洁.试论地质勘查和深部地质钻探找矿技术[J].世界有色金属，2020，（3）：224+226.
[4]朱建良.试论工程地质钻探过程中钻孔技术的应用[J].中国金属通报，2020，（23）：143-144.