■肖同榮

（甘肅省核地質(zhì)二一二大隊(duì)甘肅武威733000）

深部找礦鉆探技術(shù)

■肖同榮

（甘肅省核地質(zhì)二一二大隊(duì)甘肅武威733000）

隨著礦產(chǎn)業(yè)工作的不斷推進(jìn)，處于淺表層的礦產(chǎn)資源已日益稀少，地質(zhì)找礦逐漸轉(zhuǎn)向攻深找盲。作為探礦主要手段之一的鉆探，其工藝技術(shù)在艱難發(fā)展?；诖?，本文分析了我國當(dāng)前深部找礦鉆探面臨的一些技術(shù)難題，隨后就這些問題提出了一些新的解決辦法。

地質(zhì)勘查深部鉆探難題新技術(shù)

1 現(xiàn)階段深部鉆探找礦技術(shù)面臨的難題

1.1 鉆探設(shè)備和鉆探技術(shù)較為落后

現(xiàn)階段限制我國深部找礦的一個(gè)最主要因素就是鉆探設(shè)備落后。施工隊(duì)伍及其裝備良莠不齊，小馬拉大車現(xiàn)象突出。以目前應(yīng)用比較廣泛的立軸式巖心鉆機(jī)XY-6為例：該鉆機(jī)提升能力只有6T，在遇到井壁縮徑時(shí)，就很難將鉆桿完全提出，出現(xiàn)卡鉆的幾率比較大。在鉆探工作進(jìn)行時(shí)，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(shí)，主動鉆桿也會存在打滑現(xiàn)象。鉆機(jī)在超負(fù)荷使用情況下，還容易出現(xiàn)變速箱跑檔，導(dǎo)致上橫梁、托架軸承發(fā)熱等故障，嚴(yán)重影響使用壽命。

鉆探技術(shù)落后也是制約我國很多深部鉆探礦區(qū)難以突破的瓶頸。深部鉆探找礦比淺部鉆探找礦復(fù)雜。一方面地質(zhì)條件復(fù)雜，鉆遇地層多且?guī)r石類型多變，另一方面施工條件復(fù)雜，井壁常見塌陷和井身縮徑等一系列的棘手問題，有些區(qū)域可能出現(xiàn)溶洞或存在一定的上覆地層壓力等。通常井身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是為了解決這些問題，通過增加下入的套管層數(shù)和加大上部地層的開孔尺寸合理設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)。深部鉆探多因無法變徑，難以繼續(xù)施工，導(dǎo)致達(dá)不到探礦目的提前終孔的現(xiàn)象普遍，這一問題至今還沒有得到有效的解決，從而嚴(yán)重影響了我國資源勘查進(jìn)程。

1.2 鉆探施工質(zhì)量不高

鉆探裝備和技術(shù)的落后，勢必影響鉆探施工質(zhì)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(chǎn)生原因是地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜和地層產(chǎn)狀傾角大，通常鉆頭會沿著相對較軟的巖石層鉆進(jìn)，從而發(fā)生一定的偏離。超過1000米的鉆孔，鉆桿比較長，所以井眼內(nèi)彎曲度比較大，傳遞效率也不高，很難準(zhǔn)確控制井斜。在深孔鉆探過程中，井斜的控制是一個(gè)重大難題，特別是在鉆進(jìn)山前高角度傾斜構(gòu)造等地質(zhì)體時(shí)，鉆進(jìn)過程會受到地層軟硬交替和自然造斜效應(yīng)的影響，往往出現(xiàn)較嚴(yán)重的井斜偏差，有的1000米鉆孔偏差達(dá)30°／100米。我國對井斜標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，主要是限制井眼曲率為3°／100米。井斜角的規(guī)定則根據(jù)各地區(qū)的具體情況而定。甘肅地區(qū)井斜控制標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 甘肅地區(qū)井斜控制標(biāo)準(zhǔn)

2 應(yīng)用新技術(shù)提高深部鉆探技術(shù)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(shù)中最為復(fù)雜而先進(jìn)的新型技術(shù)，采用專用的鉆探造斜工具和鉆探工藝，依照設(shè)計(jì)好的軌跡通過人工操控鉆孔的方向，使鉆頭鉆到預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)層（位置）。在深部鉆探找礦中，經(jīng)常會受到一些復(fù)雜地層、特殊環(huán)境和礦體形態(tài)等因素的限制，部分普通的鉆探技術(shù)與方法就可能難以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的。比如，湖泊、建筑物等地下埋藏的礦體；發(fā)生嚴(yán)重孔內(nèi)事故遇阻或者嚴(yán)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(shù)就能夠很好的處理這些問題，不僅能夠完成常規(guī)鉆探方法無法完成的勘探任務(wù)，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(jìn)工藝，是利用壓縮空氣驅(qū)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(xù)排除孔外，從而不需要提出孔內(nèi)的任何鉆桿和鉆具就能夠獲得所需要的地質(zhì)巖樣，同時(shí)也可以方便得知道所鉆進(jìn)的地層情況。深孔鉆進(jìn)施工時(shí)，中上部巖層硬度較大時(shí)宜采取氣動錘RC鉆探方法。氣動錘RC鉆進(jìn)具有RC排渣和沖擊碎巖這兩種高效優(yōu)點(diǎn)，主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：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(huán)介質(zhì)存在；②碎巖方式從以往的直接切割或者破碎轉(zhuǎn)變成了沖擊體積破碎，這在很大程度上加快了鉆進(jìn)的速度，大約比傳統(tǒng)取心鉆進(jìn)的速度快了3—10倍；③沖洗介質(zhì)的循環(huán)方式由傳統(tǒng)的正循環(huán)變?yōu)镽C循環(huán)，從而有效提高了排巖屑的效率；④地質(zhì)樣品由傳統(tǒng)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(fù)雜地層中鉆進(jìn)同樣有著較高的采取率；⑥在一些嚴(yán)寒和干旱缺水的地區(qū)施工更加有優(yōu)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(jìn)的鉆探技術(shù)的逐漸發(fā)展，泡沫鉆進(jìn)技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。它可以高效地解決水敏性地區(qū)、低壓漏失地區(qū)和荒漠、嚴(yán)寒甚至永凍層鉆探施工難題，實(shí)用性高，科學(xué)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)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(jī)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(chǎn)生泡沫，最終實(shí)現(xiàn)深孔泡沫鉆探。

泡沫它是一種特殊的沖洗介質(zhì)，同時(shí)擁有用水量較小、比重較小和排粉能力強(qiáng)的三大優(yōu)點(diǎn)。水泵泡沫增壓鉆探技術(shù)經(jīng)過這么多年在不同地區(qū)采用不同鉆進(jìn)方法的實(shí)踐檢驗(yàn)，體現(xiàn)出以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢：①巖心采取率高，地質(zhì)效果好，泡沫同其他的沖洗介質(zhì)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(jìn)效率，而且鉆頭的使用壽命也相對較長。因?yàn)榕菽拿芏葮O其低，同時(shí)鉆孔內(nèi)的沖洗介質(zhì)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(jìn)速度的提高。另外，泡沫它還是一種具有一定結(jié)構(gòu)性的流體，它擁有較好的吸粉能力，可以保持鉆孔內(nèi)的清潔，從而有利于延長鉆頭的使用壽命。

3 結(jié)束語

我國地勘單位目前面臨著新的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)，在新的歷史時(shí)期，地質(zhì)找礦的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移為“攻深找盲”，這就對深部鉆探找礦技術(shù)工作提出了新的更高的要求。我們應(yīng)當(dāng)重視當(dāng)前發(fā)展中存在的問題，制定出切實(shí)可行的發(fā)展方向和目標(biāo)，進(jìn)一步加強(qiáng)深部找礦技術(shù)手段的探索和應(yīng)用，不斷推廣和應(yīng)用新的探礦技術(shù)，通過優(yōu)質(zhì)高效地勘查工作，實(shí)現(xiàn)找礦突破。

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F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-6-181-1