關(guān)于深部找礦鉆探技術(shù)分析

陳嵐 任景安 童渝玲

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求量也日益增加，而在過(guò)去的發(fā)展之中，大多淺部的礦產(chǎn)已經(jīng)被找到并開(kāi)采，這就迫使找礦只能想著深部進(jìn)行。深部找礦鉆探技術(shù)是深部找礦的重要技術(shù)手段，其應(yīng)用水平的高低對(duì)于礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要意義。本文就對(duì)我國(guó)常見(jiàn)的深部找礦鉆探技術(shù)進(jìn)行介紹，并分析了其所面臨的困難，探究相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：深部找礦；鉆探技術(shù)；困難；解決措施

礦產(chǎn)資源是工業(yè)生產(chǎn)順利進(jìn)行和人們生活穩(wěn)定的重要保證，所以，加強(qiáng)礦產(chǎn)資源勘查十分重要。當(dāng)前，我國(guó)淺部礦產(chǎn)資源已經(jīng)基本被開(kāi)采殆盡，深部找礦已經(jīng)成為地質(zhì)找礦工作的重點(diǎn)內(nèi)容，這就促進(jìn)了深部找礦鉆探技術(shù)的快速發(fā)展。與淺部找礦相比，深部找礦鉆探技術(shù)有著很大不同，

一、我國(guó)常見(jiàn)的深部找礦鉆探技術(shù)

我國(guó)的深部找礦鉆探技術(shù)開(kāi)始于上世紀(jì)70年代，主要的鉆探設(shè)備是立軸式鉆機(jī)，經(jīng)這些年發(fā)展之后，又開(kāi)發(fā)出了氣動(dòng)錘鉆進(jìn)技術(shù)、液動(dòng)錘鉆探技術(shù)、泡沫鉆進(jìn)技術(shù)和定向鉆探技術(shù)等，其具體內(nèi)容如下：

（一）氣動(dòng)錘鉆進(jìn)技術(shù)的內(nèi)容

氣動(dòng)錘鉆進(jìn)技術(shù)是我國(guó)在上世紀(jì)80年代引進(jìn)的，主要包括貫通式鉆進(jìn)和CSR技術(shù)，此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是在深部鉆探過(guò)程中能夠降低鉆孔堵塞問(wèn)題發(fā)生的概率。

貫通式鉆進(jìn)采用的設(shè)備是雙臂鉆桿結(jié)合貫通式RC氣錘，CSR的設(shè)備主要有雙臂鉆桿、氣錘和通道接頭。除此之外，GQ系列氣動(dòng)錘在近些年來(lái)應(yīng)用也非常廣泛，其特點(diǎn)在于可以按照深部礦內(nèi)的氣流變化對(duì)鉆進(jìn)速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

氣動(dòng)錘鉆進(jìn)技術(shù)的不足之處在于只能分析深部地質(zhì)中巖層碎屑的情況，而無(wú)法得到柱狀巖芯的情況，在實(shí)用性上存在著不足，大多被應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境和成孔取芯困難的地區(qū)之中[1]。

（二）液動(dòng)錘鉆探技術(shù)的內(nèi)容

液動(dòng)錘鉆探技術(shù)的原理在于通過(guò)液動(dòng)錘產(chǎn)生的沖擊動(dòng)能，給予鉆頭以沖擊負(fù)荷，使其深入到地質(zhì)深部，從而實(shí)現(xiàn)鉆探。在應(yīng)用此技術(shù)進(jìn)行深部找礦時(shí)，為提高鉆頭鉆進(jìn)的效率，一般會(huì)將液動(dòng)錘安裝在巖心管和鉆頭之間。

目前，液動(dòng)錘鉆探技術(shù)常用的液動(dòng)錘主要有YZX127型、KS-157型、SYC-178型、YS-19型和Q-150型，都屬于我國(guó)開(kāi)發(fā)的高效液動(dòng)錘。其中，YZX127型性能較為優(yōu)良，不僅能夠適用于泥漿或其它類型的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中，其在連續(xù)鉆進(jìn)頻率上也能達(dá)到500次，鉆進(jìn)深度上能夠超過(guò)5000米；而KS-157型的優(yōu)勢(shì)在于能夠降低鉆探孔傾斜概率，有效防止鉆探過(guò)程中出現(xiàn)巖心堵塞，同時(shí)還可以通過(guò)延長(zhǎng)進(jìn)尺來(lái)加大鉆進(jìn)深度。

液動(dòng)錘鉆探技術(shù)應(yīng)用的范圍相當(dāng)廣泛，除了一般的深部找礦外，還被應(yīng)用在了水井鉆探和石油鉆井等領(lǐng)域，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

（三）泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的內(nèi)容

泡沫鉆進(jìn)技術(shù)是以泡沫流作為鉆探過(guò)程中的循環(huán)介質(zhì)，借助泡沫流自身的均勻穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)，消除其它高密度流體的阻礙作用，從而起到促進(jìn)鉆探工作的作用，有效克服了復(fù)雜地質(zhì)條件中鉆探的困難，同時(shí)，由于泡沫流在循環(huán)過(guò)程中不會(huì)發(fā)生急速的上返，對(duì)于鉆孔孔壁的沖擊作用接近于無(wú)，也能夠有效防止鉆探過(guò)程中出現(xiàn)孔壁坍塌，對(duì)于高原、沙漠等地區(qū)的深部找礦工作有著重要意義。

泡沫鉆進(jìn)技術(shù)在我國(guó)的使用開(kāi)始與上世紀(jì)80年代中期，泡沫劑的類型主要有F873和TAS，經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展后，又出現(xiàn)了ADF-1、CD-1和DF-1等，同時(shí)，我國(guó)還在泡沫鉆探技術(shù)的相關(guān)流程上進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，在鉆探測(cè)試裝置上進(jìn)行了專門(mén)研制，極大地促進(jìn)了泡沫鉆探技術(shù)的發(fā)展[2]。

（四）定向鉆探技術(shù)的內(nèi)容

定向鉆探技術(shù)是深部找礦之中應(yīng)用應(yīng)用最為普遍的一種技術(shù)，其最重要的施工環(huán)節(jié)是造斜，也就是通過(guò)相應(yīng)的造斜設(shè)備給予鉆孔一定壓力，從而保證鉆孔想著設(shè)計(jì)軌跡進(jìn)行延伸，保證鉆探過(guò)程在控制范圍之內(nèi)，在此過(guò)程中，還需要輔助以造斜鉆頭、測(cè)量系統(tǒng)和定向器具。

在造斜設(shè)備上，主要有連續(xù)造斜、偏心楔、配合孔底動(dòng)力使用的造斜設(shè)備等；在造斜鉆頭上，主要有牛鼻式和盤(pán)式鉆頭兩種；在測(cè)量系統(tǒng)上，主要是ZS-1系統(tǒng)和YS-1系統(tǒng)，在定向器具上，主要包括GZ-18、BD-14和DD-1。

定向是造斜設(shè)備工作不出現(xiàn)偏差的重要保證，根據(jù)定向方式的不同，可以分為直接定向和間接定向兩種。其中，直接定向多用于頂角小于3°的鉆孔，定向工具是鉆桿；間接定向在頂角大于3°的鉆孔中常用，工具包括上述幾種類型。

二、我國(guó)深部找礦鉆探技術(shù)的難點(diǎn)

（一）鉆探井結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜

在深部找礦鉆探過(guò)程中，由于其需要不斷向下鉆進(jìn)，需要經(jīng)過(guò)較多的地層層位，而這些地層層位在巖石類型、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面都存在著較大差異，再加上局部溶洞等問(wèn)題的出現(xiàn)，都給深部找礦鉆井造成了極大困難，坍塌、失漏或者縮徑等問(wèn)題時(shí)常發(fā)生，給鉆探井穩(wěn)定的安全造成影響，阻礙了深部找礦鉆探工作的順利開(kāi)展。為防止這些問(wèn)題，就需要對(duì)鉆進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜化設(shè)計(jì)，比如CCSD探井中的四開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。

（二）鉆探設(shè)備相對(duì)較為落后

就我國(guó)目前的深部找礦鉆探設(shè)備而言，雖然開(kāi)發(fā)出了許多先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，但占據(jù)多數(shù) 圖1：CCSD探井井身結(jié)構(gòu)

的依然是上世紀(jì)70年代的立軸鉆機(jī)，其鉆進(jìn)深度僅有1500m，近些雖然有2000m和3000m鉆機(jī)的研發(fā)，但多數(shù)樣機(jī)，很少被應(yīng)用于深部找礦鉆探工作中，這些鉆探設(shè)備對(duì)于巖心的提升能力嚴(yán)重不足，以立軸式鉆機(jī)XY-6為例，其提升能力只有6T。在這種設(shè)備水平下，當(dāng)鉆探過(guò)程中發(fā)生縮徑問(wèn)題時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)卡鉆事故，而隨著鉆探深度的增加，鉆桿的重量和其與井壁的摩擦力以及泥漿阻力等都會(huì)增大，進(jìn)一步對(duì)提鉆能力造成了不利影響。

（三）鉆探井斜度不容易被控制

在深部找礦鉆井開(kāi)挖過(guò)程中，由于地層軟硬交替特點(diǎn)和早然造斜效應(yīng)的影響，井斜問(wèn)題十分普遍，這就會(huì)使鉆探發(fā)生偏離，從而影響了鉆探的軌跡，給深部找礦工作鉆探的質(zhì)量造成了極大限制。

（四）鉆探工作效率水平較低

整個(gè)深部找礦鉆探工作的施工周期是很長(zhǎng)的，需要經(jīng)過(guò)多道復(fù)雜的鉆探程序，加上鉆孔的復(fù)雜機(jī)構(gòu)、井底的高溫等因素影響，給鉆探過(guò)程中的巖心提撈等過(guò)程造成了極大干擾，鉆桿的磨損和消耗也會(huì)增加，這些問(wèn)題都會(huì)給鉆探效率造成影響。

三、提高我國(guó)深部找礦技術(shù)應(yīng)用的措施

（一）合理配置石油鉆機(jī)提高鉆探能力

將鉆機(jī)換為石油鉆機(jī)，對(duì)于提高鉆探能力有著重要作用，以CCSD探井鉆探為例，通過(guò)采用ZJ70D石油鉆機(jī)，極大的延伸了深部找礦鉆探的深度，保證了深部找礦工作的成功。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際需要采取合適的石油鉆機(jī)，以提高深部找礦鉆探的能力。在此過(guò)程中，還需要對(duì)鉆機(jī)配套設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化簡(jiǎn)化，以ZJ30石油鉆機(jī)為例，其配套設(shè)施部件如圖2所示[3]。

（二）加大定向鉆探技術(shù)的使用力度

通過(guò)受控的定向鉆探，按照預(yù)定的軌跡來(lái)進(jìn)行鉆井，能夠避免直井鉆探過(guò) 圖2：石油鉆機(jī)優(yōu)化簡(jiǎn)配配套設(shè)施表

程中受地層分布不均勻等因素影響發(fā)生的鉆桿損壞、井壁縮徑等問(wèn)題，提高鉆井鉆探的效率，而且石油鉆機(jī)的轉(zhuǎn)盤(pán)、鉆具在軌跡控制上相對(duì)容易，更能滿足定向鉆探技術(shù)實(shí)施的條件。

另外，在深部找礦鉆探過(guò)程中，占據(jù)總費(fèi)用比重較高的是鉆探技術(shù)成本，鉆孔的斜度糾正則會(huì)對(duì)找礦的準(zhǔn)確性產(chǎn)生重大干擾，通過(guò)定向鉆探的技術(shù)，能夠有效降低鉆孔斜偏問(wèn)題發(fā)生的概率，將整個(gè)鉆探軌跡控制在固定區(qū)域內(nèi)，從而達(dá)到降低鉆進(jìn)工作的目的，降低整個(gè)深部找礦鉆探的技術(shù)成本。

（三）結(jié)合采用配套繩索取心的技術(shù)

雖然繩索取心技術(shù)在常規(guī)石油鉆井中應(yīng)用的并不普遍，但對(duì)于一些特定條件的鉆機(jī)還是有著極大作用的。比如當(dāng)石油鉆機(jī)的鉆桿內(nèi)徑較?。℅105級(jí)127mm）時(shí)，結(jié)合采用配套的繩索取心鉆具內(nèi)桿，或者在后期深井段時(shí)更換專用的繩索取心鉆具，就能夠充分發(fā)揮出繩索取心的優(yōu)勢(shì)。

（四）提高鉆探過(guò)程的目的性

石油鉆機(jī)和巖心鉆機(jī)的鉆控工藝技術(shù)是不同的。巖心鉆機(jī)主要采用取心鉆頭鉆進(jìn)，以硬質(zhì)合金鉆頭、金剛石取心鉆頭等為主；而石油鉆機(jī)鉆進(jìn)則以全面鉆進(jìn)為主，主要以牙輪鉆頭和PDC鉆頭鉆進(jìn)為主。因次采用石油鉆機(jī)取心，可根據(jù)目的層的預(yù)測(cè)深度，在滿足深礦找礦地質(zhì)目的的前提下，只對(duì)主要的目的層段進(jìn)行取心鉆進(jìn)。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，深部找礦鉆探技術(shù)對(duì)于礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展有著重要研究，加強(qiáng)對(duì)深部找礦鉆探技術(shù)的研究，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)深部找礦鉆探技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展之后，已經(jīng)有了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，依然面臨著許多難點(diǎn)，給深部找礦工作的順利開(kāi)展造成了不良影響，所以，需要針對(duì)這些難點(diǎn)，探索科學(xué)的解決辦法，以提高深部找礦鉆探技術(shù)的應(yīng)用水平，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人們生活的穩(wěn)定提供有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 彭粲璨.深部找礦鉆探技術(shù)探討[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2014，11：61-64.

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[3]劉氬鐳，白飛，宗暉.對(duì)我國(guó)深部找礦鉆探技術(shù)的探討[J].河南科技，2014，03：31.