張明忠

（甘肅煤田地質(zhì)局一三三隊(duì)，甘肅 白銀 730913）

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使能源問題受到越來越多的關(guān)注。大家知道，我們現(xiàn)在使用的天然氣等資源是不可再生的，而繁衍無息的人類是絕不能僅依賴這些能源的，而且，環(huán)境污染問題也在警示人們不能再將目光放在常規(guī)能源方面了[1]。所以，積極尋找可再生、清潔的能源幾乎已經(jīng)成為各個(gè)國家的共識。而在這個(gè)過程中，新型清潔能源受到了格外的關(guān)注[2]。

1 我國現(xiàn)階段稀有礦的研用

（1）稀有礦物的分布情況。在經(jīng)過考察后，科研人員對中國大陸的稀有礦儲量進(jìn)行了大致估算，這是一個(gè)非常巨大的數(shù)字，如果換算為礦產(chǎn)資源，那么就相當(dāng)于860萬億噸的標(biāo)準(zhǔn)礦物[3]。稀有礦的總量將大的驚人，如果是按2%的可開采資源量來算，這個(gè)開采量將會是中國2014能源消耗量的1006倍。

（2）有關(guān)我國稀有礦物質(zhì)的現(xiàn)狀研究。在中國，有關(guān)地質(zhì)、能源和地震等問題的科研機(jī)構(gòu)在1993年就開始重視和研究本國的多種稀有金屬礦分布情況和潛在價(jià)值。而在2012年，我國啟動有關(guān)稀有礦物的研究項(xiàng)目，標(biāo)志著我國在該研究領(lǐng)域的研究有了一定突破，開始了對稀有礦床進(jìn)行針對性實(shí)地研究工作。緊接著2013年，相關(guān)部門出臺了一些實(shí)施方案，這個(gè)可以說是第一個(gè)比較正式的開發(fā)工作方案。在2015年5月21日，中國地質(zhì)調(diào)查局在經(jīng)過定位選址后，選擇在福建進(jìn)行第一個(gè)稀有金屬礦床研究項(xiàng)目實(shí)施開鉆，這意味著中國稀有礦床開發(fā)和研究工作的正式開始。

2 一些稀有礦開發(fā)時(shí)出現(xiàn)的問題

與其他能源相比，稀有礦有著非常突出的優(yōu)勢。第一點(diǎn)，環(huán)保。稀有金屬礦床由于其開采量較小，不會出現(xiàn)因開礦溢油而產(chǎn)生污染問題，產(chǎn)生灰塵較少，不需要排污排廢，更不會出現(xiàn)放射性危害[4]。第二，區(qū)域分布比較分散，開采不受季節(jié)約束，優(yōu)勢十分明顯。但是，問題依舊存在，由于技術(shù)難題，稀有礦開采也受到了一定制約。

（1）國家不夠重視，對稀有礦開發(fā)的投入不足?？梢哉f，除少部分地區(qū)有一些稀有礦的相關(guān)開發(fā)，大部分地區(qū)對稀有礦開發(fā)一無所知，稀有礦開發(fā)的基礎(chǔ)工作敷衍，所獲得的國家后備支持十分不足，從而沒有完備的勘查手段[5]。

（2）稀有礦床開采雖然優(yōu)勢明顯，但是對技術(shù)要求較高。要想獲得稀有礦地?zé)?，在它周圍必須形成很大的裂隙，并且要有水?jīng)過這些裂隙才能做到能量的轉(zhuǎn)換。到目前為止，主要有三種方法模式供大家使用，天然裂隙、天然裂隙—斷層和人工高壓裂隙。

（3）鉆井技術(shù)難題與裝備問題。開發(fā)稀有多金屬礦產(chǎn)資源主要應(yīng)用到的技術(shù)就是鉆井技術(shù)，而稀有多金屬礦物中有一部分屬于高溫礦體，也就意味著在開發(fā)稀有礦時(shí)對鉆頭耐熱度有嚴(yán)格的要求，在實(shí)際操作過程中，也會用到防斜鉆井技術(shù)。綜合起來，開發(fā)難度和生產(chǎn)費(fèi)用也就大大增加了。

3 礦床勘查相關(guān)技術(shù)

（1）關(guān)于孔底連通技術(shù)的率先研究。眾所周知，目前如果想要建立孔底熱交換通道只有兩種方法，第一種是完全人工進(jìn)行，利用人力壓裂方式來建立通道，第二種比較省力，利用地層里的天然裂隙或者斷層，讓其自然形成熱交換通道。當(dāng)然，無論哪種方式，都必須兩手抓壓裂技術(shù)預(yù)研究和定向井結(jié)合壓裂技術(shù)預(yù)研究這兩個(gè)技術(shù)研究，才能最大程度地利用井下能源，擴(kuò)大其使用范圍。

（2）鉆井技術(shù)。由于情況不同，所配置的注水井和生產(chǎn)井?dāng)?shù)量也是不同的，經(jīng)常使用的是兩井模式、三井模式和五井模式。而實(shí)際操作中，多選擇三井模式。為了能夠得到足夠的熱量，三井模式都是先按照一定方向打注水井，再在其兩側(cè)鉆生產(chǎn)井。鉆井和建造人工儲留層的費(fèi)用是稀有金屬礦供應(yīng)的價(jià)格的主要決定因素。如果要想使價(jià)格低一點(diǎn)，就必須使儲層流動速率高一點(diǎn)和鉆井成本低一點(diǎn)，這也意味著此類礦產(chǎn)開發(fā)費(fèi)用的大小也是取決于這兩點(diǎn)。

所以,要想減少開發(fā)稀有礦床時(shí)昂貴的鉆井費(fèi)用，降低價(jià)格，使我國的稀有金屬礦產(chǎn)資源在國際上有明顯的競爭優(yōu)勢，就必須擁有先進(jìn)的鉆井技術(shù)。

（3）鉆井壓裂改造技術(shù)。鉆井壓裂在對低滲透儲層改造中較為常見同時(shí)也是一種行之有效的增產(chǎn)措施，該技術(shù)一般要求儲層具有一定的物質(zhì)基礎(chǔ)與地質(zhì)條件，這個(gè)方式可以說是一舉多得，不僅可以做到人工儲熱，還可以使熱儲層內(nèi)裂隙更大，促進(jìn)其裂隙網(wǎng)絡(luò)的延伸。在進(jìn)行注入井壓裂時(shí)，多采用的液體有專門的壓裂液、鹽水或者清水，而且要用到的量是巨大的，在這個(gè)過程中，裂隙的產(chǎn)生是因?yàn)槔渌诹鹘?jīng)溫度很高的礦體時(shí)，熱脹冷縮的效果，而且，在大量的注入下，礦體形成的裂隙會越來越大并不斷延伸形成一個(gè)聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)，注入水越多，裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)展將越來越快，到最后，我們將會構(gòu)造出一個(gè)完整的稀有金屬礦儲量構(gòu)造。緊接著，需要在注入井合適的位置鉆幾口生產(chǎn)井出來，做到人工熱儲構(gòu)造的聯(lián)通，方便得到高溫水和蒸汽。在作業(yè)時(shí)，人工注入的水將通過裂隙和稀有礦進(jìn)行交換，我們將會得到高溫度的水和水汽混合物，然后進(jìn)行利用。更進(jìn)一步的，國外常常會在注入液體上花費(fèi)功夫，比如利用酸或者堿，因?yàn)檫@些液體對井下礦物有溶解作用，能有效擴(kuò)大裂隙的深度和長度，進(jìn)而，能使通道的面積和范圍變大。此外，在工作時(shí)，蓄水池是不可或缺的，而且要保證其數(shù)量符合作業(yè)強(qiáng)度，在壓裂完成后，壓裂液將重現(xiàn)地表，或者進(jìn)一步形成全新的井噴。

（4）井控。井控考慮了三方面的問題，首先，井控可以成為稀有礦井未來商業(yè)利用的基礎(chǔ)，為其留一條后路。第二，控制作業(yè)過程高溫水和水蒸氣的噴涌情況。第三，讓鉆井改造無后患之憂。井控時(shí)，井口防噴器組、防噴器控制系統(tǒng)、井控管匯、鉆具內(nèi)防噴工具和井控儀表缺一不可。上覆地層構(gòu)成了其它稀有礦的地層，一般不考慮硫化氫問題，在套好當(dāng)表層套管和技術(shù)套管，泥漿強(qiáng)度足夠后，用上法蘭并固定防噴器。一般使用雙閘板組合防噴器，且防噴器需要經(jīng)過壓力測試，讓套壓和立壓變化始終受到監(jiān)控，檢查設(shè)備情況，一旦發(fā)生井噴，按要求關(guān)井，采礦工作人員必須擁有足夠的經(jīng)驗(yàn)和履歷，做好個(gè)人保護(hù)。

4 結(jié)語

我國的稀有礦研究才剛剛起步，還有非常長的一段路需要走，也有許多的技術(shù)難題等著我們?nèi)タ朔?，稀有礦巨大的資源優(yōu)勢決定了我們國家絕對不會放棄、漠視它，國家的綠色清潔能源開發(fā)戰(zhàn)略，專業(yè)研究機(jī)構(gòu)的技術(shù)支撐，都是證明稀有金屬礦產(chǎn)資源利用將會有光明的前途。