深部找礦鉆探技術

■肖同榮

（甘肅省核地質二一二大隊甘肅武威733000）

深部找礦鉆探技術

■肖同榮

（甘肅省核地質二一二大隊甘肅武威733000）

隨著礦產業工作的不斷推進，處于淺表層的礦產資源已日益稀少，地質找礦逐漸轉向攻深找盲。作為探礦主要手段之一的鉆探，其工藝技術在艱難發展。基于此，本文分析了我國當前深部找礦鉆探面臨的一些技術難題，隨后就這些問題提出了一些新的解決辦法。

地質勘查深部鉆探難題新技術

1 現階段深部鉆探找礦技術面臨的難題

1.1 鉆探設備和鉆探技術較為落后

現階段限制我國深部找礦的一個最主要因素就是鉆探設備落后。施工隊伍及其裝備良莠不齊，小馬拉大車現象突出。以目前應用比較廣泛的立軸式巖心鉆機XY-6為例：該鉆機提升能力只有6T，在遇到井壁縮徑時，就很難將鉆桿完全提出，出現卡鉆的幾率比較大。在鉆探工作進行時，隨著礦井深度的增加、鉆具自重和及其與井壁之間摩擦力以及泥漿粘阻力均加大，使得提鉆顯得吃力和困難。例如在使用S75鉆具，鉆深超過1200m時，主動鉆桿也會存在打滑現象。鉆機在超負荷使用情況下，還容易出現變速箱跑檔，導致上橫梁、托架軸承發熱等故障，嚴重影響使用壽命。

鉆探技術落后也是制約我國很多深部鉆探礦區難以突破的瓶頸。深部鉆探找礦比淺部鉆探找礦復雜。一方面地質條件復雜，鉆遇地層多且巖石類型多變，另一方面施工條件復雜，井壁常見塌陷和井身縮徑等一系列的棘手問題，有些區域可能出現溶洞或存在一定的上覆地層壓力等。通常井身結構的設計就是為了解決這些問題，通過增加下入的套管層數和加大上部地層的開孔尺寸合理設計井身結構。深部鉆探多因無法變徑，難以繼續施工，導致達不到探礦目的提前終孔的現象普遍，這一問題至今還沒有得到有效的解決，從而嚴重影響了我國資源勘查進程。

1.2 鉆探施工質量不高

鉆探裝備和技術的落后，勢必影響鉆探施工質量。比較普遍的是井斜難以控制，對勘查和找礦影響較大。一般最常見的井斜產生原因是地質構造復雜和地層產狀傾角大，通常鉆頭會沿著相對較軟的巖石層鉆進，從而發生一定的偏離。超過1000米的鉆孔，鉆桿比較長，所以井眼內彎曲度比較大，傳遞效率也不高，很難準確控制井斜。在深孔鉆探過程中，井斜的控制是一個重大難題，特別是在鉆進山前高角度傾斜構造等地質體時，鉆進過程會受到地層軟硬交替和自然造斜效應的影響，往往出現較嚴重的井斜偏差，有的1000米鉆孔偏差達30°／100米。我國對井斜標準的規定，主要是限制井眼曲率為3°／100米。井斜角的規定則根據各地區的具體情況而定。甘肅地區井斜控制標準如表1所示。

表1 甘肅地區井斜控制標準

2 應用新技術提高深部鉆探技術水平

2.1 受控定向鉆探方法

受控定向鉆探是目前鉆探工程技術中最為復雜而先進的新型技術，采用專用的鉆探造斜工具和鉆探工藝，依照設計好的軌跡通過人工操控鉆孔的方向，使鉆頭鉆到預先設定的目標層（位置）。在深部鉆探找礦中，經常會受到一些復雜地層、特殊環境和礦體形態等因素的限制，部分普通的鉆探技術與方法就可能難以實現地質目的。比如，湖泊、建筑物等地下埋藏的礦體；發生嚴重孔內事故遇阻或者嚴重孔斜；深部隱伏陡斜礦體、U型、S型異型礦體等等。在這些情況下，采用定向鉆探技術就能夠很好的處理這些問題，不僅能夠完成常規鉆探方法無法完成的勘探任務，還可以最大程度地減少鉆探場地和工作量，從而減少了鉆探工程的施工成本。

2.2 氣動錘RC鉆探方法

對于氣動錘RC鉆進工藝，是利用壓縮空氣驅動孔底的潛孔錘通過沖擊方式碎巖，然后用雙壁鉆桿中心通孔以RC的方式將破碎的巖屑連續排除孔外，從而不需要提出孔內的任何鉆桿和鉆具就能夠獲得所需要的地質巖樣，同時也可以方便得知道所鉆進的地層情況。深孔鉆進施工時，中上部巖層硬度較大時宜采取氣動錘RC鉆探方法。氣動錘RC鉆進具有RC排渣和沖擊碎巖這兩種高效優點，主要具有以下幾個特點：①壓縮空氣一方面是沖擊碎巖的動力源，另一方面也作為循環介質存在；②碎巖方式從以往的直接切割或者破碎轉變成了沖擊體積破碎，這在很大程度上加快了鉆進的速度，大約比傳統取心鉆進的速度快了3—10倍；③沖洗介質的循環方式由傳統的正循環變為RC循環，從而有效提高了排巖屑的效率；④地質樣品由傳統的柱狀巖心變成了巖石屑，樣品采取率有了大大的提高；⑤在一些漏失、破碎等復雜地層中鉆進同樣有著較高的采取率；⑥在一些嚴寒和干旱缺水的地區施工更加有優勢；⑦施工成本比較低，一般能夠降低施工成本1/2—2/3左右。

2.3 水泵泡沫增壓鉆探方法

隨著先進的鉆探技術的逐漸發展，泡沫鉆進技術也應運而生。它可以高效地解決水敏性地區、低壓漏失地區和荒漠、嚴寒甚至永凍層鉆探施工難題，實用性高，科學性強、經濟實惠。水泵泡沫增壓鉆探主要是采用水泵泡沫增壓裝置代替高壓空氣機鉆探的一種鉆探方法。利用水泵泡沫增壓裝置，從而最大程度地把泡沫液和低壓空氣二次增壓到水泵的額定壓力，然后相互混合以產生泡沫，最終實現深孔泡沫鉆探。

泡沫它是一種特殊的沖洗介質，同時擁有用水量較小、比重較小和排粉能力強的三大優點。水泵泡沫增壓鉆探技術經過這么多年在不同地區采用不同鉆進方法的實踐檢驗，體現出以下幾個方面的優勢：①巖心采取率高，地質效果好，泡沫同其他的沖洗介質相比較，對巖心得沖刷作用比較小，能夠較好的保證巖心的原狀；②具有相對較高的鉆進效率，而且鉆頭的使用壽命也相對較長。因為泡沫的密度極其低，同時鉆孔內的沖洗介質靜液柱的壓力也相對較小，這就能夠減少孔底巖粉墊的形成，從而有利于鉆進速度的提高。另外，泡沫它還是一種具有一定結構性的流體，它擁有較好的吸粉能力，可以保持鉆孔內的清潔，從而有利于延長鉆頭的使用壽命。

3 結束語

我國地勘單位目前面臨著新的發展機遇和挑戰，在新的歷史時期，地質找礦的重點逐漸轉移為“攻深找盲”，這就對深部鉆探找礦技術工作提出了新的更高的要求。我們應當重視當前發展中存在的問題，制定出切實可行的發展方向和目標，進一步加強深部找礦技術手段的探索和應用，不斷推廣和應用新的探礦技術，通過優質高效地勘查工作，實現找礦突破。

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F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-181-1