环境钻探技术的探索与实践

环境钻探是指专门为地球环境研究工作服务的钻探技术手段,它的主要任务是在典型的湖泊相沉积盆地内,采用钻探手段获取完整的、连续的、无污染和无扰动的近似原状岩芯标本。环境钻探工作虽然技术要求很高,施工难度很大,但只要把握关键技术环节,认真处理好各项技术细节,是能够做好这一工作的。本文对环境钻探的技术实践进行了探索,值得借鉴。

矿区1:50000环境地质钻探施工中钻孔结构设计分析

随着我国经济社会的不断发展和进步,对各种资源的需求量不断地增加,因此矿区地质钻探施工也成了当前重要的发展内容。在矿区地质钻探施工的过程中,较为重要的工作内容为钻孔结构设计,但是在实际进行钻孔结构设计的过程中,通常会受到众多因素的影响,增加施工难度,而且钻孔结构设计也较为繁琐。本文以安庆市桐城地区为例进行相应的研究和分析。因此,为了提升矿区地质钻探施工的质量,需要保证钻孔结构设计的科学性以及合理性,进而保证矿区地质钻探施工的安全性以及稳定性。

环境科学钻探取样技术研究

为了给环境科学研究提供地下的真实原状样品,研究了具有国际先进水平的射流式取样技术、液压快速压入取样技术以及环保型钻井液。在新疆罗布泊、吐鲁番和北京周口店等地进行钻探实验,实验结果表明:射流式取心技术在采心过程中能有效地减少钻具的振动,防止岩心自磨,提高卡取岩心的可靠性,从而显著地提高岩心的采取率;液压快速压入取样技术适用于松散地层,能快速压入地层,土心采取率高,并且土心样品的原始结构完整、代表性强;环保型钻井液具有优良的综合性能,低滤失性、强抑制性和优良的润滑性,能有效保护孔壁的稳定性和松散岩心的完整性,起到既护壁又护心的作用,同时对环境无污染。

湖泊相沉积地层大陆环境科学钻探技术探索

通过对云南鹤庆县湖泊相沉积地层环境钻探工程施工,总结出一套适合于湖泊相沉积地层的环境钻探技术。

湖泊环境科学钻探取样技术

在简单介绍湖泊环境科学钻探取样技术的产生背景、发展概况后,主要介绍了科学钻探国家专业实验室在该技术上取得的进展,并探讨了湖泊环境科学钻探取样技术的难点和发展方向。

刘长营环境科学钻探取样技术研究

针对环境取样的高取心率要求,利用SDR-100型全液压声频振动钻机结合压卡式钻具,完成了刘长营环境科学钻探取样。主要介绍了钻进工艺以及取样过程中遇到的问题,并给出了解决方案,最后对环境取样技术进行了展望。

冬季呼伦湖环境科学钻探冰上湖泊钻探平台及取样技术

针对内蒙古呼伦湖的气候特点,为保证工作安全,实施冬季冰上湖泊环境科学钻探,设计研制了冰上湖泊钻探平台系统,满足了工程施工要求。考虑到呼伦湖沉积地层特点,研制了新型活塞式取样钻具和压卡式取样钻具,实践证明,取样效果良好,取心率达到了100%。

达里湖冬季环境取样钻探技术研究

以内蒙古达里湖环境取样钻探为例,针对环境科学钻探中精确取样、原位取样、原状取样及钻进效率问题,介绍了钻探器具的选择及优化改进,对活塞式钻具静压法、锤击法和顿钻法进行分析、探讨和评价。根据活塞式钻具钻进、取样特点,综合优选顿钻成孔法与双钻孔交替取样技术。结合施工技术实践应用情况,进一步优化和改进活塞钻具施工技术,确保了取样质量满足地质科研要求,提高了钻进效率,降低了钻探成本。

盐水泥浆在罗布泊大陆环境科学钻探中的应用

针对罗布泊地区的含盐地层,我队在钻探施工中采用了饱和盐水泥浆钻进工艺,并取得了良好的使用效果。主要介绍了饱和盐水泥浆的特点及其在罗布泊大陆环境科学钻探施工中的实际应用情况。

柴达木盆地资源环境科学钻探工程实践与认识

为应对柴达木盆地资源环境科学钻探工程项目施工地区岩层中固结程度松软、碎脆、富水、易变形、怕冲刷及易溶蚀等特点,钻进中不易采取岩矿心,钻进粘土及淤泥时缩径严重,孔壁不稳定及地层内广泛分布着层间高承压卤水和天然气,极易发生涌水或井喷的问题,机械岩心深孔钻进施工中合理解决岩心采取率低,护孔压井防喷,是确保科学钻探工程顺利实施的关键点。本项目采用专为资源环境科学钻探设计的隔水单动三重管取心钻具,常规钻杆取心;适宜的钻进方法;借鉴石油钻井泥浆压喷护壁工艺和压喷设施及措施。保证了环境科学钻探工程的施工要求和实验要求。

系列原状取心钻具在中国大陆环境科学钻探中的应用

主要介绍了原状取心钻具的结构特点及其在大陆环境科学钻探施工中的应用情况。

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取样衬管,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、便携式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。

中国大陆科学钻探的过去、现在和未来--纪念中国大陆科学钻探实施15周年、国际大陆科学钻探委员会成立20周年

大陆科学钻探是“入地”的重要手段，是“深入地球内部的望远镜”。中国大陆科学钻探事业开展15周年以来，取得重要进展，获得全球地学界的高度关注，特别是2001年实施的中国第一口大陆科学深钻（5158m），成果辉煌，影响巨大。继后，又开展了青海湖环境科学钻探、松辽盆地白垩纪科学钻探、柴达木盐湖环境资源科学钻探，汶川地震断裂带科学钻探以及中国大陆科钻资源集成计划，总共钻进约35km，显示了中国科学钻探方兴未艾的景象。为纪念国际大陆科学钻探20周年（1996~2016）和中国大陆科学钻探实施15周年（2001~2016），本文回顾中国大陆科学钻探实施15年来的艰辛和奋斗的历程，展望中国大陆科学钻探的未来。

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。

西部特殊景观区钻探取样技术展示

针对西部特殊景观区海拔高、地势险峻、地形地质条件复杂、自然条件恶劣、地理位置偏远、交通不便等问题 ,我国科研人员经过多年努力 ,开发并完善了一批适合于特殊景观区的钻探技术———空气组合钻探技术、水文水井泡沫增压钻探技术、复杂地层钻探取样新技术、液动潜孔锤钻进技术、特殊地层取样钻机及钻探工艺、节水钻探新技术、新疆吐鲁番铀矿勘探及罗布泊环境科学钻探用取样工艺、西部特殊景观区资源勘查及重大建设工程中地质灾害监测和防治新技术、存储式多点连续测斜仪等 ,介绍了各项新技术的原理、研究进展及取得的成果。

声波钻进技术的发展及其应用

声波钻进是在各种覆盖层中采集连续岩心样品的有效手段。叙述了声波钻进技术的发展情况、工作原理、设备操作、优越性和用途,并且对我国研发此项技术提出了建议。

美国声波钻进规程ASTM D6914/D6914M-16浅析

声波钻进技术具有速度快、岩心保真好、适用地层广等优点,广泛应用于工程勘察、环境调查、浅源地热、基础工程、矿山治理等领域。为了提高声波钻进施工质量和过程控制,美国材料与实验协会于2004年制定了第一部声波钻进规程D6914-04,后经多次修订完善,形成最新声波钻进规程D6914/D6914M-16。本文根据该版规程内容,从技术原理、钻进设备、成孔工艺等方面展开了阐述。当振动器与钻柱谐振频率重叠时,声波钻头受到的能量达到峰值。钻机和取心钻具是声波钻进的核心设备。成孔工艺主要以双管高频振动、低速回转为主,实现多种目的层的原位取心作业。标准相关内容对声波钻进技术在我国的持续推广具有参考意义。

青藏高原第四纪重点湖泊地层序列和湖相沉积若干特点

本项研究对青藏高原代表性第四纪湖泊沉积区作了大范围调查,北自柴达木昆特依湖和昆仑山口、南抵江布—林芝,西起甜水海、东至迪庆。据青藏高原地质构造、沉积建造和地貌特点,将高原第四纪地层区划分为6个地层分区:藏南湖盆分区(Ⅰ)、羌塘高原湖盆分区(Ⅱ)(羌南湖盆亚区(Ⅱ-1)和羌北湖盆亚区(Ⅱ-2))、三江高山河谷分区(Ⅲ)、昆仑高山分区(Ⅳ)、柴达木、青海湖盆分区(Ⅴ)和阿尔金—祁连山高山区(Ⅵ)。并对上述Ⅰ—Ⅴ分区第四纪湖相地层层序作了较详细划分和对比。从而指出青藏高原第四纪湖相沉积具有如下特点:①除了柴达木—青海湖盆分区外,其余各分区的湖滨剖面湖相碎屑沉积相对较粗,而同青藏高原属于全球第四纪最新隆起区相一致;②在湖盆区的湖相沉积常叠加或伴生冲洪积、风积相和冰碛或冰水沉积以及部分泥石流沉积、化学沉积与热水沉积。它们既反映青藏高原在第四纪隆升进入冰冻圈后湖盆沉积环境时有冷期发生,又反映高原隆升背景下,洪水期诱发山崩和泥石流堵塞成湖,或由于洪水泛滥,导致高原边缘内流湖决溃、湖泊消失(如Ⅲ、Ⅳ分区),还反映高原湖泊成盐过程与深部作用、强烈的新构造运动密切相关;③除了柴达木—青海湖分区(Ⅴ)和羌塘高原湖盆分区部分大型湖盆自第四纪以来有连续湖相沉积外,其他分区第四纪湖相沉积多不连续;④由于全新世青藏高原日趋干旱,除了一些现代积水湖盆外,有相当多湖泊干化,而缺失顶部湖相沉积。综上所述,为了获取青藏高原第四纪沉积连续环境记录,需选择高原内部或周边为数较少的新生代连续沉积盆地。本文论证了柴达木盆地是一个较理想的研究高原晚新生代湖相沉积区,建议在柴达木盆地实施晚新生代资源环境科学钻探工程。

一种振动活塞取样钻具的研制

本文主要介绍了振动活塞取样钻具的设计指导思想及其工作原理和性能特点。现场试验表明,振动活塞取样器能够满足环境科学钻探取心要求,随着它的推广应用将对环境科学的研究起到积极的作用。