鉆井技術(shù)在地質(zhì)勘探中的研究與應(yīng)用

梁軒 魏凱

我國(guó)油氣資源總儲(chǔ)量相對(duì)豐富，但至今已探明油氣儲(chǔ)量在總儲(chǔ)量中占據(jù)的比例依舊偏低，對(duì)我國(guó)油氣資源的總體利用率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。相比于發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)內(nèi)的鉆探技術(shù)起步較晚，與其始終存在一定的技術(shù)差距。《石油鉆井》一書(shū)概述了國(guó)內(nèi)外鉆井技術(shù)的重要發(fā)展歷程及其主要應(yīng)用領(lǐng)域，分析比較了國(guó)內(nèi)外鉆井技術(shù)的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了我國(guó)技術(shù)層面上存在的不足及面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際工程實(shí)例，展示了其在地質(zhì)勘探領(lǐng)域的應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)地質(zhì)鉆探技術(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展已取得了階段性成果，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的勘探工作，主要涉及礦產(chǎn)資源、地下水資源、地質(zhì)災(zāi)害及實(shí)際工程施工等領(lǐng)域。礦產(chǎn)及地下水資源方面的應(yīng)用目的主要是為了摸清其在地下的賦存位置、形式及數(shù)量，進(jìn)而為我國(guó)后續(xù)資源的有效開(kāi)發(fā)利用提供一定的資料依據(jù);地質(zhì)災(zāi)害方面是由于地面人類的生產(chǎn)建設(shè)等活動(dòng)加劇了自然災(zāi)害，如泥石流、地面坍塌及地震等災(zāi)難的頻繁發(fā)生，而地質(zhì)鉆探技術(shù)的成熟應(yīng)用可適時(shí)地發(fā)覺(jué)地質(zhì)缺陷區(qū)域，盡可能地完成地質(zhì)災(zāi)害的有效避除及防治工作，為人類生產(chǎn)建設(shè)施工提供有效參考;其在實(shí)際工程方面（橋梁、水庫(kù)、加油站等）的應(yīng)用可指導(dǎo)人類施工建設(shè)過(guò)程中對(duì)軟土地基等缺陷區(qū)域進(jìn)行及時(shí)改造加固或有效避開(kāi);此外，地質(zhì)鉆探技術(shù)也與人類文明建設(shè)中的其他多個(gè)領(lǐng)域（考古、住房及農(nóng)業(yè)等）密切聯(lián)系并得到了充分應(yīng)用。

隨著石油科技的不斷進(jìn)步，鉆探技術(shù)主要有8種形式。最常見(jiàn)的為反循環(huán)鉆探技術(shù)，其在鉆探過(guò)程中有空氣和水力兩種循環(huán)介質(zhì)，前者是通過(guò)對(duì)空氣的壓縮、傳輸、膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)巖層的沖擊，后者是利用水到達(dá)孔底為鉆頭提供驅(qū)動(dòng)力。兩種方式適用地區(qū)不同，各有利弊，但相比來(lái)說(shuō)空氣驅(qū)鉆進(jìn)成本較低，而水力鉆進(jìn)則更準(zhǔn)確。隨后基于常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)，改進(jìn)開(kāi)發(fā)了液動(dòng)潛孔錘鉆探新技術(shù)，其通過(guò)沖洗液驅(qū)動(dòng)潛孔錘，再傳遞至前端鉆頭，以實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石的沖擊。該項(xiàng)技術(shù)相比于回轉(zhuǎn)鉆探提高了鉆探效率并降低了成本，但在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意液動(dòng)錘的磨損并進(jìn)行適時(shí)維護(hù)。不同于前兩者的是，繩索取芯技術(shù)的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)鉆進(jìn)需要鉆桿的特點(diǎn)，其充分結(jié)合了打撈工具及巖芯管二者的使用，其鉆進(jìn)靈活，避免了更換鉆頭，減少了鉆機(jī)的動(dòng)力消耗及工作強(qiáng)度，但其只能實(shí)現(xiàn)較淺深度的鉆進(jìn)。同時(shí)還有結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件對(duì)以上3種技術(shù)的組合應(yīng)用，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)揚(yáng)長(zhǎng)避短的目的。定向接井技術(shù)是定向地質(zhì)鉆探及水平井的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)地下井間的連通，此種技術(shù)工藝較復(fù)雜，需要多種工具的配套使用，其主要應(yīng)用于固體礦產(chǎn)資源的地質(zhì)勘探工作中，在油氣領(lǐng)域應(yīng)用較為受限。新型節(jié)水鉆探工藝則主要是針對(duì)地質(zhì)干旱或附近表層缺水的區(qū)域提出，通過(guò)對(duì)鉆具的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)吸排水靈活，進(jìn)而有效完成該地域的鉆進(jìn)工作。歐美國(guó)家研發(fā)的全液壓動(dòng)力頭水文水井鉆機(jī)，具備機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、配套工藝多及適用性廣泛等優(yōu)勢(shì)，還能確保施工安全及鉆進(jìn)效率，而我國(guó)在該方面的技術(shù)工藝始終不夠成熟。此外，還有新型沖洗液技術(shù)的應(yīng)用，是目前應(yīng)用最廣泛的鉆探技術(shù)，但其不僅需要潤(rùn)滑性、抗高溫性及抗污染性等性能質(zhì)量較高的沖洗液，還在鉆進(jìn)過(guò)程中容易出現(xiàn)桿壁結(jié)垢磨損等嚴(yán)重問(wèn)題。

綜上內(nèi)容均在《石油鉆井》一書(shū)中進(jìn)行了詳盡分析及討論，對(duì)先進(jìn)鉆井技術(shù)的研究有助于全面準(zhǔn)確地獲取地質(zhì)資源信息資料，為后續(xù)油氣資源開(kāi)發(fā)提供有利支撐。盡管鉆井技術(shù)在地質(zhì)資源勘探領(lǐng)域開(kāi)發(fā)了多種多樣的新型鉆探技術(shù)及鉆進(jìn)工藝，進(jìn)行了大量的應(yīng)用研究，也取得了較突出的成果。在未來(lái)的實(shí)際工作中，一方面應(yīng)結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件選取合適的鉆探技術(shù)，另一方面由于我國(guó)鉆探技術(shù)相比于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家始終處于落后地位，與其存在顯著性差距，因此，應(yīng)加強(qiáng)在該方面的深入研究，推動(dòng)我國(guó)鉆探技術(shù)水平的進(jìn)一步提高。