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水文水井鉆探技術現狀及鉆探新技術的應用(二)

發布日期:2019-04-10 作者: 點擊:

二、鉆探新技術的應用概況


  在西部大開發,國土資源地質大調查中,黨中央及國土資源部已把水資源的勘查與開發列為重中之重.全國地下水資源調查評價是地質大調查中的一項重要工作內容,要想按時按質的完成任務和達到預定的目標,除采用先進的地質理論江探牌XY-1AB移動型高速鉆機和地質技術外,還必須采用先進的取心取樣鉆探新技術.若采用常規的鉆探技術進行施工,有很多地區存在著不少技術難題,如勘探速度慢,效率低,成本高;孔內卡,埋鉆事故頻繁;易堵塞生產層裂隙,泥皮粘糊孔壁等;缺水地區還存在著大量的生產用水難以解決,不可避免的影響對水資源的勘查與評價.這一系列因素,要求我們改變原有的觀念,進行技術革新,選擇適合一定地區的,先進的鉆探技術,提高鉆探效率,降低成本,保質保量的完成任務,從而帶動鉆探新技術的推廣應用.


  "六五"~"八五"期間,鉆探技術進步顯著,以繩索取心為主體的金剛石鉆探技術有了很大發展,帶動了鉆探技術工藝方法和技術裝備等全面變革,受控定向鉆探技術已經達到了國際先進水平,沖擊回轉鉆探技術成為擁有我國自主知識產權的一項特色技術,達到國際先進水平;多工藝空氣鉆探技術和反循環鉆探技術趨于成熟;鉆探機械和儀器發展了適應多工藝方法的系列產品,技術裝備基本成龍配套,在地質勘查中發揮了積極作用.


多工藝空氣鉆探技術


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  空氣鉆進是指用壓縮空氣或含有壓縮空氣的氣液混合物作為鉆進時的循環沖洗介質,或者既用其作為破巖機具的動力,又兼作沖洗介質的一種鉆進工藝方法.近幾年來發展很快,技術成熟,逐漸形成包括循環介質,循環方式,碎巖方法和應用領域的多工藝空氣鉆進技術體系. 其主要特點如下:低密度介質有利于提高碎巖速度;能有效冷卻鉆頭,清除巖屑和快速判層;能在不穩定地層中保護孔壁和少污染環境;有利于保護含水層和低壓油氣層并提高產出率;特別有利于在干旱缺水地區和嚴寒,凍結層施工;亦利于忌用液體循環的抗滑錨固孔和露天礦爆破孔施工;空氣潛孔錘鉆進能大幅度提高硬巖鉆孔速度;氣舉反循環鉆進能實現2~3m以上大直徑井孔和超過2000m深井施工.


  多工藝空氣鉆探被視為當今應用最廣和最有發展前景的鉆探技術之一,通過"七五","八五"期間的攻關研究與完善,已形成較為成熟的現代快速綜合鉆探技術,"多工藝空氣鉆探技術推廣應用"已被國家科委遴選編入"國家科技成果重點推廣計劃項目創產值超億元100例".勘探所結合各領域不同用途,各地區不同地質條件等進行了多工藝空氣鉆探技術研究與開發,以及在實踐中不斷的完善,先后開發了SHB114/70,127/70,140/100,CSR73/33,CSR73/39等多種雙壁鉆具與配套器具.還開發了多種型號的鉆機,如SPC系列水井鉆機,全液壓動力頭式FD-300型鉆機等,及可用于復雜地層的ADF型系列泡沫劑等. 多工藝空氣鉆進技術的應用,成功解決了長期存在的若干技術難題,如干旱缺水地區,永凍層及漏失層鉆探施工;用其它循環介質無法保證安全鉆進的地區施工;用其他鉆探方法無法保證鉆探質量的地區施工;用其他鉆探方法在若干巖層鉆進效率甚低等. 該技術的推廣應用,大大提高了水文水井鉆進速度與成井質量,用空氣潛孔錘和氣舉反循環鉆進比常規回轉鉆進一般可成倍乃至十幾倍提高鉆進速度;已產生了巨大的經濟效益和社會效益,據不完成統計,多工藝空氣鉆進自推廣以來,完成鉆進工作量130余萬米,僅20個單位至1998年的統計,累計創產值6.4億余元,新增利稅0.9億元;已為我國晉北,豫西,陜甘寧和內蒙古,廣西巖溶地區,京郊山區等,打了許多豐產井,解決了數以百萬計的人畜與生產用水困難,為扶貧致富發揮了重要作用.


多介質反循環鉆探技術


  所謂反循環鉆進就是指鉆探過程中循環介質同常規鉆探方法的循環方向相反,反循環鉆進一般采用雙壁鉆具,循環介質主要分為壓縮空氣和液體兩種.鉆進過程中,循環介質經過雙壁氣水龍頭,雙壁主動鉆桿,雙壁鉆桿內外管環隙到達孔底,驅動孔底破巖器具破碎巖石,并攜帶巖心及巖屑經鉆桿的中心通道到達地表的巖心或巖樣的收集裝置. 由于反循環鉆進具有獨特的雙壁鉆具結構,無需提出孔內鉆具就能獲取所需的地質樣品,決定了該方法具有如下優點:時間利用率高,鉆進效率高,勞動強度低,洗井效果好; 孔底清潔,鉆頭壽命長,實現了鉆進,取樣同時進行,達到了優質,高效的目的. 根據循環介質的不同,反循環鉆探技術主要分為空氣反循環和水力反循環.


空氣反循環連續取樣鉆探


具有多種鉆具結合方式,能夠適應多種地層條件,進行取心或取樣連續鉆進,能夠滿足地質上對巖心的要求;尤其適合干旱缺水地區水文地質勘查孔鉆探施工等特點.由于循環介質為空氣,不會堵塞水通道,對水質無污染,且不會打丟含水層;鉆進過程中即可根據巖樣上返潮濕程度判斷是否進入含水層;隨著含水層鉆進深度的增加,孔口返水量逐漸增大,穿過含水層后,返水量趨于穩定,從而可以大致地判斷含水層的位置,定性地判斷水量的大小.如寧夏二人山—金場子礦區原定為貧水區(5m3/24h),用空氣反循環鉆探20余孔,不僅孔孔見水,且涌水量達20~30m3/h.又 如,在周口店探工所院內用常規方法鉆進數百米深未找到地下水,用本方法卻發現了較豐富的達飲用水標準的地下水.


水力反循環連續取心鉆探技術 


以液體作為循環介質,利用雙壁鉆具實現巖心的連續上返.該鉆探技術以硬質合金和金剛石鉆頭為碎巖工具,以回轉磨削取心的方式鉆進.主 要用于2~4級覆蓋地層,煤系地層以及較完整的中硬巖層中鉆進.實踐證明,水力反循環連續取心鉆探技術用于水文地質勘查,地質填圖,地球化學勘探,煤田取心鉆探及環境保護等 鉆探施工中,具有較高的鉆探效率和較好的地質效果.在山東煙臺300多米鉆探施工中,綜合臺月效率達1300多米,時間利用率達75%.


繩索取心鉆探技術


  繩索取心鉆探技術是一種應用較廣泛的地質取心鉆探技術,該技術對地層適應性廣.勘探所1973年首次研制成功用于巖心鉆探的繩索取心鉆具,后續逐步開發出多種系列產 品:水文水井繩索取心鉆具系列,堅硬"打滑"地層用繩索取心鉆具系列,用于深孔的重型繩索取心鉆具,松軟破碎地層及煤系地層的繩索取心半合管鉆具系列和繩索取心塑料三層管和超前管鉆具等,與此同時,還開發了與其配套使用的鉆頭,擴孔器等,大大提高了我國金剛石鉆探的技術水平.應用繩索取心鉆探技術可以減少升降鉆具次數,增加純鉆進時間,減少巖心磨蝕和中途脫落機會,巖心采取率達90~100%;能延長鉆頭壽命等;被譽為"四高,三低,兩好",即工程質量高,時間利用率高,鉆進效率高,鉆頭壽命高;事故率低,勞動強度低,設備材料消耗低;地質效果好,經濟效益好. 為了滿足新一輪地質大調查地質鉆探需要和進一步提高我國地質鉆探綜合水平而采用的一種新型鉆探技術—組合鉆探技術迎運而生,將空氣反循環連續取樣,水力反循環連續取心及繩索取心鉆探技術有機結合起來,采用一套鉆桿和輔助器具就能完成,達到了因地施鉆,滿足了地質要求,提高了鉆探效率,降低了鉆探成本.該項技術可較好地用于水文地質孔勘查與固體礦產勘探;同時我們還在繼續開發復雜地層中深孔使用的繩索取心配套鉆具等.


液動沖擊回轉鉆探技術


  液動潛孔錘鉆探技術是在回轉鉆進的基礎上增加一個利用洗井液驅動的液動潛孔錘,它可產生具有一定沖擊能量和頻率的載荷,從而可大幅度提高5級以上地層鉆探效率,克服金剛石鉆進"打滑"問題,在巖心易堵塞的破碎巖層中延長回次進尺.勘探所先后開發出六個系列30多個規格的液動潛孔錘,如正作用系列,雙作用系列,繩索取心系列,水文水井鉆系列,液氣兩用系列,目前仍在開發深井用液動錘及噴反系列液動錘等.


  中國大陸科學鉆探是國家重點工程項目,它的實施從鉆探技術的角度來看將是全面檢驗和提高我國鉆探技術水平的一個極好的機會,其2000m先導孔及主孔施工采用了具有中國特色的先進技術:螺桿馬達/液動錘/金剛石取心鉆進工藝方法.勘探所研發的YZX127液動錘已成為CCSD主孔不可缺少的鉆探器具,目前正在3000多米的主孔中發揮著主導作用.


綜上所述,我所從1958年起率先開始液動潛孔錘技術研究,經過幾代人不懈努力,在理論和技術上有新的突破的同時,積極進行科技成果的轉化與應用,使其應用領域進一步拓展.近年來液動沖擊回轉鉆探技術已應用于地下水勘查,水井與地熱,油氣井,地質巖心鉆探,水下爆破及工程地質勘察等領域,且在推廣應用中能取得良好的效益.


受控定向分枝孔鉆探技術


  受控定向鉆探技術就是采用孔底馬達和必要的彎接頭或彎外殼控制方向沿設計的軌跡進行鉆進,來達到預定的靶區內,該鉆探技術可在一個主孔的不同深度,不同方向鉆出多個分枝孔,可大大提高鉆探效率,節約成本,提高鉆孔的綜合利用率.


目前,受控定向分枝孔鉆探技術已成功地在固體礦產勘探中得到應用,定向鉆探對接井技術也廣泛用于鹽礦,地下煤層氣化等領域,可在一個主孔內鉆出6-9條分枝孔,可實現兩井相距500m的鉆孔在地下3000m的對接,勘探所已成功使用該技術完成對接井三十多對,2002年勘探所在湖北完成了深達2787m的對接,創國內對接井之最.該技術的成功應用已為社會及生產單位帶來了很好的社會效益和經濟效益. 受控定向多分枝孔鉆探技術用于開發地熱及水文水井鉆探等方面,能較好的擴大地熱井及水井的采集面積,豐富水源的水量;在涉臨枯竭的水井中,可以在同一主井實施放射狀水平井,以提高水井的采取率及延長使用壽命,使枯井起死回生;對接連通井技術可將地下干熱巖轉換成地熱,以充分發揮地下能源的有效作用,為民造福.


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