在现代工程中钻探技术的应用发展

王战国

摘要：目前阶段，我国的能源问题日益凸显，特别是地下资源，在可持续发展与社会经济发展中发挥着重要的作用，并且逐渐被各个国家与各领域所关注与重视。钻探技术起源于我国古代，并且在社会不断的发展过程中，钻探技术逐渐向现代化方向发展。然而与发达国家相比，在各个方面都存在一定的差距，具有较大的发展空间。

关键词：现代工程；钻探技术；应用；发展

一、钻探技术现状

现阶段我国的矿产资源十分紧缺，所以，强化矿产资源的勘查工作并保证其供给已经成为目前重要的工作内容。在多年的探索与实践中，表层矿床的勘察与开发已经取得了较大的进步。然而，目前矿产勘查所面对的大部分探矿工作都是深层地段，而这种工作在取心、工程成本以及安全防护和钻进的进度方面都提出了较高的要求，而在勘察深层矿产的过程中，不仅需要理论支持，同时钻探验证的工作也十分重要[1]。勘探矿床地质时，需要探明并圈定地下矿体具体的边界线，而在对矿产品质进行了解时也同样需要钻探技术的配合。在矿产勘查的工作中，钻探工程始终是重要的技术方法，同时这也是在地下岩层中收集实物样品的直接方法。然而，我国的钻探设备比较老化，而且勘查的技术方法也十分落后，导致钻探的效率不高，所以，必须要加大矿产资源勘探与开发的力度，积极推动钻探技术和装备的创新与完善。

二、现代工程钻探关键技术分析

（一）随钻测量和地质导向的钻探技术

在上个世纪九十年代的中期，逐渐产生了IWD、LWD等技术，并且在实践过程中形成随钻地质导向技术与随钻工程服务技术。与此同时，该技术已经能够在比较复杂的地质和环境的条件下实现复杂结构井与特殊工艺井的钻探与处理，而且可以对井下的复杂情况与不确定性的情况进行有效地解决。除此之外，能够对高难技术进行实施控制[2]。

（二）旋转导向钻探和随钻测控制传贮技术

在九十年代中期，大多数公司开始研究并成功研发出PD等系列RST/RSS。RSS技术是对空间与水域制导技术的成功突破。在21世纪，再次提出了钻垂直井的工具。RSS技术在小尺寸油管的套管钻进与过油管侧钻的工作中被广泛应用，并且运用效果十分可观。

（三）电子/智能钻柱技术

目前已经研制出使用铜导线输送电能的智能钻杆技术，并且能够根据井下硬件实际的用电量来确定具体的输电功率。智能钻柱数据传输的速率最大可以达到1.56×106bps，而且智能油管最常使用的是光纤[3]。在井下的时候，智能钻柱系统通常使用分布式的传感器短节，并且把微处理器安装于传感器的内部，而后需要利用耦合元件来把微处理器的信号耦合至电力线路上，最终由地面传感器接收。智能钻柱系统主要使用的是传输直流电，例如井下硬件所需的交流电，这样就可以在井下硬件中增加逆变器。

（四）信息、网络和远程的自动化钻探

在自动化的钻探工作中，网络技术、信息技术和通信技术是其中最主要的组成部分。目前已经有效地实现了远程自动化的钻探作业工作。在社会经济与技术快速发展的过程中，石油钻探的系统也逐渐从机械化与科学化的阶段迈入到半自动化至自动化的阶段，并且将成为未来的重要趋势。

三、钻探技术在现代工程中的应用

在进行钻探的过程中，时常会遇到不同类型并且十分复杂的地层，所以，很容易发生孔内事故，进而影响机台钻进的效率，导致岩矿芯的采取效率下降，严重的还会出现钻孔报废的现象，一定程度上阻碍了钻探工程的进度，并且对钻探效率与实际的经济效益和作业质量产生了不利的影响，所以，针对上述现象必须要采取具有针对性的解决措施。

（一）松散破碎地层

在松散破碎地层进行矿产勘查通常情况下使用的是高比重、高粘聚力并且高浓度的泥浆护壁，这样可以很好的为孔壁压力提供泥柱压力，进而实现平衡，而且在必要的时候还可以使用粘土水泥球。但是，这种泥浆的可泵性能比较差，会对钻进的效率产生影响，所以在松散破碎地层中进行处理工作时需要使用套管进行隔离，而以下的地层只需要使用普通的冲洗液就可以[4]。除此之外，还可以使用高分子聚合物、符合胶类或者是植物胶类的冲洗液来完成护壁与堵漏的工作。这种清洗液更符合钻探的要求，是基于低固相泥浆产生的。和清水进行比较，这种冲洗液悬携钻屑的能力更好，并且在岩芯的表面以及钻孔的孔壁上都可以形成比较薄的吸附膜，使得壁护的能力更强，同时还可以将破碎以及无胶结的岩芯胶结进行包裹，这样可以更好地提高完整程度。与此同时，这种冲洗液还具有较强的减阻与润滑性的特点。同泥浆相比，其比重比较轻，而且粘度在调整过程中比较灵活，具有较好的流动性，并且固相的含量比较少，所以可以有效地提高孔底钻头在碎岩过程中的作业效率。

（二）岩溶地层

在处理岩溶地层的时候最常使用的就是隔离法，也就是在溶洞比较大而且与井口距离比较浅的情况下可以使用多级套管的成孔隔离方法。除此之外，还有堵塞胶结的方法，如果溶洞比较长并且很大，距离井口的深度比较深的时候，使用隔离方法就会使金属管在起拔时比较困难，而且耗材较大。所以，可以使用地勘水泥长孔段的灌注方法，进而完成比较大的裂隙与溶洞堵塞作业[5]。

（三）水敏性地层

在处理水敏性地层的时候，最佳的方法就是有效地抑制或者是避免水对于地层的水化作用。如果地层遇水溶解的话就可以使用饱和盐水泥浆作为冲洗液，这样有利于抑制盐层溶解。除此之外，还可以使用高分子聚合物或者是植物胶冲洗液，也可以在冲洗液中添加适量的有机处理剂，进而可以有效地减少冲洗液的失水量，降低地层的溶解。针对其他具有水敏性的地层，传统的方法就是使用油基泥浆当作冲洗液，但是这种方法的成本比较高，并且一旦遇到高温就很容易起火，具有一定的安全隐患[6]。目前阶段，比较常使用的方法就是钾基泥浆，其钾离子具有抑制粘性土吸水并膨胀的特点。同时，如果在允许的条件下，还可以使用空气或者是泡沫冲洗介质，这种冲洗液无需使用水，并且在钻进的过程中土层不与水接触，可以有效地避免对岩土层产生水化的作用。

（四）裂隙地层

处理裂隙地层的时候最主要的问题就是堵漏，目前有两种解决的方案。第一，边钻探边堵漏，可以在冲洗液中添加堵漏的材料，或者是黏胶材料等。第二，停钻堵漏，使用灌水泥浆的方法，加大压力并将其压入到裂隙中，进行永久性的堵漏，在必要的情况下，可以使用粘土水泥球，使用鉆具进行挤压，直到进入到裂隙中。

结束语：

综上所述，在现代工程的钻探作业中，如果遇到比较复杂的问题，最重要的就是分析问题产生的原因及其具体的特征，并根据具体的情况来选择科学合理的解决措施，综合运用先进的技术与工艺方法，进而有效地降低钻探的成本，更好地提高钻探作业的效率，积极地促进我国钻探行业的发展与进步。

参考文献：

[1]冉恒谦，张金昌，谢文卫等.地质钻探技术与应用研究[J].地质学报，2011，85（11）：1806-1822.

[2]刘延明.分析钻孔技术在钻探工程中的应用[J].科技创业家，2013（7）：149.

[3]晋敏.钻探工程技术体系与钻探技术现代化的探讨[J].地球，2013（11）：99-99.