關(guān)于深部找礦鉆探技術(shù)分析

陳嵐 任景安 童渝玲

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對于礦產(chǎn)資源的需求量也日益增加，而在過去的發(fā)展之中，大多淺部的礦產(chǎn)已經(jīng)被找到并開采，這就迫使找礦只能想著深部進行。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)用水平的高低對于礦產(chǎn)資源開發(fā)和經(jīng)濟發(fā)展有著重要意義。本文就對我國常見的深部找礦鉆探技術(shù)進行介紹，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)順利進行和人們生活穩(wěn)定的重要保證，所以，加強礦產(chǎn)資源勘查十分重要。當前，我國淺部礦產(chǎn)資源已經(jīng)基本被開采殆盡，深部找礦已經(jīng)成為地質(zhì)找礦工作的重點內(nèi)容，這就促進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、我國常見的深部找礦鉆探技術(shù)

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

（一）氣動錘鉆進技術(shù)的內(nèi)容

氣動錘鉆進技術(shù)是我國在上世紀80年代引進的，主要包括貫通式鉆進和CSR技術(shù)，此技術(shù)的優(yōu)點是在深部鉆探過程中能夠降低鉆孔堵塞問題發(fā)生的概率。

貫通式鉆進采用的設(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系列氣動錘在近些年來應(yīng)用也非常廣泛，其特點在于可以按照深部礦內(nèi)的氣流變化對鉆進速度進行自動調(diào)整。

氣動錘鉆進技術(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，而無法得到柱狀巖芯的情況，在實用性上存在著不足，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）液動錘鉆探技術(shù)的內(nèi)容

液動錘鉆探技術(shù)的原理在于通過液動錘產(chǎn)生的沖擊動能，給予鉆頭以沖擊負荷，使其深入到地質(zhì)深部，從而實現(xiàn)鉆探。在應(yīng)用此技術(shù)進行深部找礦時，為提高鉆頭鉆進的效率，一般會將液動錘安裝在巖心管和鉆頭之間。

目前，液動錘鉆探技術(shù)常用的液動錘主要有YZX127型、KS-157型、SYC-178型、YS-19型和Q-150型，都屬于我國開發(fā)的高效液動錘。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)鉆進頻率上也能達到500次，鉆進深度上能夠超過5000米；而KS-157型的優(yōu)勢在于能夠降低鉆探孔傾斜概率，有效防止鉆探過程中出現(xiàn)巖心堵塞，同時還可以通過延長進尺來加大鉆進深度。

液動錘鉆探技術(shù)應(yīng)用的范圍相當廣泛，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，具有較高的實用價值。

（三）泡沫鉆進技術(shù)的內(nèi)容

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

泡沫鉆進技術(shù)在我國的使用開始與上世紀80年代中期，泡沫劑的類型主要有F873和TAS，經(jīng)過這些年的發(fā)展后，又出現(xiàn)了ADF-1、CD-1和DF-1等，同時，我國還在泡沫鉆探技術(shù)的相關(guān)流程上進行了詳細規(guī)定，在鉆探測試裝置上進行了專門研制，極大地促進了泡沫鉆探技術(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)計軌跡進行延伸，保證鉆探過程在控制范圍之內(nèi)，在此過程中，還需要輔助以造斜鉆頭、測量系統(tǒng)和定向器具。

在造斜設(shè)備上，主要有連續(xù)造斜、偏心楔、配合孔底動力使用的造斜設(shè)備等；在造斜鉆頭上，主要有牛鼻式和盤式鉆頭兩種；在測量系統(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、我國深部找礦鉆探技術(shù)的難點

（一）鉆探井結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜

在深部找礦鉆探過程中，由于其需要不斷向下鉆進，需要經(jīng)過較多的地層層位，而這些地層層位在巖石類型、結(jié)構(gòu)強度等方面都存在著較大差異，再加上局部溶洞等問題的出現(xiàn)，都給深部找礦鉆井造成了極大困難，坍塌、失漏或者縮徑等問題時常發(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展。為防止這些問題，就需要對鉆進結(jié)構(gòu)進行復(fù)雜化設(shè)計，比如CCSD探井中的四開井身結(jié)構(gòu)，見圖1。

（二）鉆探設(shè)備相對較為落后

就我國目前的深部找礦鉆探設(shè)備而言，雖然開發(fā)出了許多先進技術(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70年代的立軸鉆機，其鉆進深度僅有1500m，近些雖然有2000m和3000m鉆機的研發(fā)，但多數(shù)樣機，很少被應(yīng)用于深部找礦鉆探工作中，這些鉆探設(shè)備對于巖心的提升能力嚴重不足，以立軸式鉆機XY-6為例，其提升能力只有6T。在這種設(shè)備水平下，當鉆探過程中發(fā)生縮徑問題時，就會出現(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增大，進一步對提鉆能力造成了不利影響。

（三）鉆探井斜度不容易被控制

在深部找礦鉆井開挖過程中，由于地層軟硬交替特點和早然造斜效應(yīng)的影響，井斜問題十分普遍，這就會使鉆探發(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

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

三、提高我國深部找礦技術(shù)應(yīng)用的措施

（一）合理配置石油鉆機提高鉆探能力

將鉆機換為石油鉆機，對于提高鉆探能力有著重要作用，以CCSD探井鉆探為例，通過采用ZJ70D石油鉆機，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。在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)實際需要采取合適的石油鉆機，以提高深部找礦鉆探的能力。在此過程中，還需要對鉆機配套設(shè)施進行優(yōu)化簡化，以ZJ30石油鉆機為例，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

通過受控的定向鉆探，按照預(yù)定的軌跡來進行鉆井，能夠避免直井鉆探過 圖2：石油鉆機優(yōu)化簡配配套設(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、井壁縮徑等問題，提高鉆井鉆探的效率，而且石油鉆機的轉(zhuǎn)盤、鉆具在軌跡控制上相對容易，更能滿足定向鉆探技術(shù)實施的條件。

另外，在深部找礦鉆探過程中，占據(jù)總費用比重較高的是鉆探技術(shù)成本，鉆孔的斜度糾正則會對找礦的準確性產(chǎn)生重大干擾，通過定向鉆探的技術(shù)，能夠有效降低鉆孔斜偏問題發(fā)生的概率，將整個鉆探軌跡控制在固定區(qū)域內(nèi)，從而達到降低鉆進工作的目的，降低整個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，但對于一些特定條件的鉆機還是有著極大作用的。比如當石油鉆機的鉆桿內(nèi)徑較小（G105級127mm）時，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。

（四）提高鉆探過程的目的性

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

結(jié)語：

綜上所述，深部找礦鉆探技術(shù)對于礦產(chǎn)資源的開發(fā)和社會經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展有著重要研究，加強對深部找礦鉆探技術(shù)的研究，有著十分重要的現(xiàn)實意義。我國深部找礦鉆探技術(shù)經(jīng)過長期發(fā)展之后，已經(jīng)有了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，但是在實際應(yīng)用當中，依然面臨著許多難點，給深部找礦工作的順利開展造成了不良影響，所以，需要針對這些難點，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，為社會經(jīng)濟和人們生活的穩(wěn)定提供有力保障。

參考文獻：

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

[2]徐國忠.我國深部找礦鉆探技術(shù)探討[J].西部探礦工程，2012，10：149-151+154.

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