中空螺旋半合管直推取样建井工艺在污染场地调查中的应用研究

污染场地土壤地下水的勘查需要同时满足取样和建井需求,中空螺旋半合管具有一定的自攻性,能够在获取低扰动土壤样品的同时建立地下水监测井。本文首先分析了中空螺旋的技术特点,同时基于直推式环境取样装备,提出中空螺旋半合管直推取样建井工艺,并在砂土相对密实度为0.46~0.83（12~16 m）的第四系砂土类地层进行项目试验。试验结果表明,该工艺能够有效解决传统直推取样工艺在土壤密实区域难以到达预定深度的难题,且岩心采取率>90%,是一种值得推广的环境取样技术。     

Geoprobe直推钻机在城市水土环境地质调查中的应用

为进一步查明某大型废弃工矿场地水土环境影响范围和程度,对其影响区进行详细的水土环境质量综合调查,基本查明“起步区”范围内土壤和地下水所受污染状况,进行风险评价并提出土地使用的初步对策与建议。设计水土环境取样钻孔386个,钻探工作量4180 m,要求定位采集土壤和地下水原状样品,以判定地层结构、含水层结构、岩土体力学等关键参数以及场地内土壤的垂向污染特征、污染深度和地下水坏境质量现状。为保证工程质量,采用了美国Geoprobe Systems(地探系统公司) Kejr分公司的Geoprobe系列直推钻机,采用静压或锤击不提钻取土法无水钻进、静压或锤击提钻取土法无水钻进和静压或锤击提钻临时取水钻进方法,有效解决了砂土层液化和钻孔涌砂而造成的取样量不足和样品扰动、污染等问题。本文对其设备、钻具、工艺方法及应用进行了介绍、分析。     

海洋冲击伸缩绳索取样器的研制与应用

海洋沉积物地层主要由淤泥、软土、半固结泥岩、砂岩等组成,沉积物地层钻探取样是海洋工程和地质调查的重要组成部分。常规回转取样器取样,极易破坏样品的原状而且取样率较低;静压取样器取样,在砂岩、半固结泥岩等较硬地层取样率较低。针对上述问题,研制了一种冲击伸缩绳索取样器,该取样器结合了静压取样器和锤击取样器的特点,实现对海底以沉积物为主地层的高保真取样。     

海洋沉积地层多功能取样钻具研制

目前,海洋钻探取心主要采用提钻或绳索打捞的方式获取岩心。随着对取心质量和采取率要求越来越高,再加上海底沉积层变化多样,单一的取样器具已经不能满足当前的取样需要。为此,本文研制了一种海洋沉积地层多功能取样钻具,能够根据海底地层性质,开展低扰动、高品质的取样操作。通过海洋钻进取样试验表明,针对海底的淤泥、粘土及砂质地层,超前取样钻具、液压剪切取样钻具和半合管取样钻具能够有效获取海底的沉积层岩样,平均采取率为73.34%。研制的多功能取样钻具采用超前取样和液压压入取样技术,降低了对沉积物岩心的扰动,提升了岩心品质和采取率,为下一步的工程化应用奠定了基础。     

直推钻探技术在污染场地调查中的应用现状研究

钻探技术是污染场地调查中唯一可直接获取地层样品的科学手段。其中直推钻探技术具有无冲洗介质、机动灵活、推进速度快、样品干扰小等优点。本文在已有国内外研究基础上,对比分析了西班牙TEC15和美国7822DT两类直推钻机的结构、推进工艺特点,后者具有较高静推进力和起拔力;研究了单管和双管两种直推钻具的结构组成和取样过程,并指出由于单管内设PVC取样套管,可有效保持土样的完整性,效率较高;分析了核磁共振(NMR)、土体水力测试(HPT)、膜界面探测(MIP)的技术原理和设备组成,MIP对污染物三维浓度探测具有更大技术优势;分析了国内直推钻探技术与设备的发展状况,并结合我国污染场地的地质条件和研究现状,指出能够实现精准控制的推进钻探和原位检测一体化装备和技术验证是主要的发展趋势。     

南海深水取样海试的研究

在海洋深水钻探取样中,采用了自行研制的TK系列取样器,通过3次海试在不同地层中取得了满意的效果。针对海底复杂的地质条件,研究了深水钻探的取样工艺,包括钻具稳定性、样品保护、样品采取及样品退出工艺的研究,最终对试验数据进行了分析。     

环境取样钻机的关键技术及发展趋势研究

环境质量同生活品质密切相关,环境取样钻机在环境质量检测中扮演着不可或缺的角色。本文综述了直推式、声频振动式和回转式环境取样钻机的工作原理及发展历程,总结了国内外钻机在智能化、结构紧凑程度和外观造型上的差距,提出了环境取样钻机的关键能力,包括移动能力、钻进能力和样品保真能力,指出了环境取样钻机将朝着动力采用清洁能源、自动分析样品和适应多种场合的方向发展。     

砂卵石层旋冲挤密钻进机具研究与应用

针对松散地层自稳能力差,因钻孔掉块、缩径等引起提钻遇卡的问题,设计了PDH-130型新型双向旋冲挤密钻具,利用浮动芯管改变活塞配气行程,实现正向冲击回转挤密钻进及提钻时的反冲击功能。根据现场试验情况,对双向冲击矛结构进行了改进,以满足砂土、砂卵石等复杂地层旋冲挤密钻进施工要求。     

TGQ-15型轻便取样钻机钻具改进实验及其应用

结合北京市土壤地质环境情况,改进以钻代槽(浅层钻探技术)。选取TGQ-15型轻便取样钻机,在北京市平原区、山区共开展两种类型改进应用实验,即取样管改进应用实验和取样管外部刻度尺改进应用实验。在河床沉积区、河床一级阶地和山前坡积区,3种不同的区域选择不同的方法采集样品分析测试。结果表明:经过不同材质对比以及样式设计的有机玻璃管用来取样及存储土壤样品是安全的,并且土壤中的重金属含量不会受到影响;通过对3个不同地貌单元的分析评价后得出结论,钻机采取垂直样品过程中,Cu(铜)、Zn(锌)、Pb(铅)、Cr(铬)、Ni、Cd(镉)、AS(砷)和Hg的含量未受影响,其分析评价结果可以反应取样区域的污染状况;经过改进设计的刻度尺,提高了孔深校正的效率和精度,同时便于地质地层的编录。总之,钻机的改进避免了土壤的人为污染,提高了土壤样品质量,同时提高了取样效率。     

直接推进技术在有机污染场地调查中的应用研究

近年来,直接推进技术以其快速精确、经济高效、可装备先进探测器等优点,在国外污染场地调查中得到广泛推广与应用。文章在总结国内外相关研究成果基础上,对直接推进技术中的膜界面探测和连续钻进取样技术在污染场地调查中的功能和应用进行了论述,并在某有机污染场地调查中进行了试验研究。结果表明,利用膜界面探测技术首先半定量获取场地污染物的分布特征及范围,然后以此为指导采用直推式钻机钻进获取代表性样品,并进行实验室测试分析,可以快速、精确地刻画有机污染场地的污染物种类、浓度与分布范围,为后期采样计划和调查提供重要依据。     

地质钻探技术与装备21世纪新进展

21世纪初,我国地质钻探技术处于立轴钻机普遍使用、国产绳索取心钻杆只能满足1000 m以内孔深钻进要求、钻探器具相对落后、硬岩地层钻进效率低、复杂地层取心效果差的落后局面。近10多年来,在多个国家重大科学工程项目、国家科技支撑计划、“863”计划、地质大调查专项等科技项目支持下,通过产学研联合攻关,形成了硬岩深井科学钻探技术体系和2000 m以内地质岩心钻探技术体系,浅层取心（取样）钻探技术、新能源勘探开发钻探技术、地质灾害调查和防治钻探技术、定向钻探技术、基础工程施工钻掘技术等都取得了飞速的发展和进步。本文对21世纪我国地质钻探技术与装备、关键器具新进展进行了阐述,并对经济新常态下的发展方向进行了展望。     

我国实施大洋钻探工程的初步设想

约占地球面积71%的海洋里蕴藏着海量的地质、生物、气候等信息和丰富的资源,我国“十三五”国家科技创新规划中,将“深海、深地、深空、深蓝科学研究”列为战略性前瞻性重大科学问题,并将“国际大洋发现计划（IODP）列为5项国际大科学计划和大科学工程之一。但在深海钻探,作业环境和条件都较陆地上更加复杂,对钻探船、钻探工艺、环保措施、施工组织管理等都是严峻的考验。本文在概述大洋钻探的意义和成果,回顾世界大洋钻探的演进史和工程实施概况以及我国参加大洋钻探情况的基础上,针对大洋钻探的钻井特点和地层条件,探讨了海洋科学钻探取心技术、超深水条件的重入钻孔技术、跟管钻进下套管技术、超深水条件的泥浆循环等关键技术问题,提出了我国实施大洋钻探工程的初步设想。     

13000 m科学超深井钻探技术

对国内外科学钻探实践进行了简要回顾,对超万米科学钻探工程面临的技术难题进行了分类描述。在此基础上,考虑沉积岩和结晶岩2种地层条件,提出了13000 m科学超深井的钻探技术方案。     

复合钻进工艺在云驾岭复杂地层钻孔中的应用

云驾岭矿区上部黄土中夹杂大量卵砾石,下部地层则因岩浆岩侵入具有岩硬、破碎、漏水、掉块等特性,严重影响钻进效率。为克服卵砾石及硬岩钻进难题,选用多工艺液压钻机YHJ-2000及性能参数比较稳定1150-XH空压机等钻探设备。采用牙轮钻头钻进、气动潜孔锤以及金刚石复合片等复合钻进工艺,并根据地层岩性确定钻孔结构、钻具组合及钻进参数。施工中注意调整泥浆性能,保证泥浆携带岩粉能力。经实践验证,该区采用的钻进工艺和方法,有效地提高了钻效,达到500m/月。     

控压钻井及其在高温地热勘探开发中的应用

控压钻井包括管理压力钻井、欠平衡钻井和空气钻井。控压钻井可以减少非钻进时间和事故、提高机械钻速、预防漏失、消除压差卡钻、保护低压产层以提高产能。地热井具有温度高、地层硬度高、裂隙发育、地层压力低伴随浅部地层压力变化大等特点。在地热勘探开发中应用控压钻井技术有利于提高钻进速度、预防漏失、提高产能。介绍了控压钻井及其关键技术,同时阐述控压钻井在地热勘探开发中的应用。     

湖泊环境科学钻探施工技术

针对内蒙古岱涨的施工条件和湖底沉积物的类型,对湖泊环境科学钻探技术进行了讨论,从钻探取心角度,将岱海沉积物分为４种有代表性的地层;提出了每种地层中可能遇到的技术问题对使用的取心钻具的效果进行了评价,并提出了合理化改进意见,总结了湖泊钻进工艺方法;给出了简易钻探平台的拼装方式和主要钻探设备的性能;探讨了湖泊钻探的发展前景和进一步工作计划。     

非平衡钻进中的钻具问题

非平衡钻进技术是近些年发展起来的,在多种工程施工条件下得到广泛的应用,本文研讨了非平衡钻进工艺中有关钻具的问题,并简略讨论了应用中的具体问题。      

裸眼侧钻钻井技术浅析

分析了侧钻钻井工艺技术,讨论了不同地区、不同地层侧钻方法,还分析了侧钻位置的选择、工具的选用和侧钻工艺技术措施。总结了侧钻工艺技术的实践经验与认识。     

赣州科学钻探NLSD-1孔施工技术研究与实践

赣州科学钻探NLSD-1孔是大陆科学钻探选址预研究项目6个钻孔之一,该孔地层复杂,自然弯曲严重,采用高粘度、高密度泥浆绳索取心钻进,全孔轨迹实现人工受控,施工难度大。详细介绍了该孔施工技术及创新成果,对施工过程中的经验与教训进行了总结,并提出了对深部钻探施工技术的体会与认识。     

含巨大孤石地层钻进成孔方法浅析

介绍了目前在含巨大孤石地层中的成孔方法,包括一般方法如开挖法,冲击钻进、回转钻进,大直径潜孔锤钻进,爆破法,复合钻进工艺。一般方法处理某些孤石具有一定的效果,但对质地较硬,表面光滑、形状不规则的孤石,则效果欠佳。若采用爆破法或复合性钻进工艺则很好地解决含大孤石地层成孔难题。