地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)及其在資源勘探中的應(yīng)用研究

田　野，張海瑞（江西有色地質(zhì)勘查局四隊(duì)）

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地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)及其在資源勘探中的應(yīng)用研究

田野，張海瑞（江西有色地質(zhì)勘查局四隊(duì)）

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的現(xiàn)階段，人們?cè)谌粘Ｉ詈凸ぷ髦袑?duì)于資源的需求也在不斷的增加，對(duì)于資源勘探工作的開(kāi)展也提出了越來(lái)越高的要求。對(duì)于礦產(chǎn)資源勘探工程而言，地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)是唯一能夠從地下提取出巖礦實(shí)物樣品的一種方法，在資源勘探領(lǐng)域中具有十分重要的作用。為此，本文以鉆探技術(shù)為核心，對(duì)常見(jiàn)的地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)述，對(duì)地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)在資源勘探中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行了研究，旨在推動(dòng)鉆探技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。

地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)；資源勘探；應(yīng)用；發(fā)展

前言

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們?cè)谌粘Ｉ詈凸ぷ饕约吧鐣?huì)生產(chǎn)中對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求量也在不斷的增加，在一定程度上給礦產(chǎn)資源勘探工程的發(fā)展提出了較高的要求。鉆探技術(shù)作為一種唯一可以實(shí)現(xiàn)從地質(zhì)巖心當(dāng)中提取出樣本的勘察方法，其在資源勘探領(lǐng)域中扮演著十分重要的角色，地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對(duì)于資源勘探工作的效率和質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生直接的影響，是有效解決資源短缺問(wèn)題的重要手段，在促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此，要對(duì)地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)予以高度的重視，提高其在資源勘探中的應(yīng)用效果。

1　鉆探技術(shù)的發(fā)展概況

地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)指的是能夠從鉆孔到達(dá)不同深度對(duì)地質(zhì)巖心和礦巖樣本實(shí)現(xiàn)提取和進(jìn)行專(zhuān)業(yè)分析，為基層地質(zhì)作業(yè)提供數(shù)據(jù)支持的技術(shù)方法。在18世紀(jì)的中葉最早出現(xiàn)了人力驅(qū)動(dòng)的巖心鉆機(jī)和天然金剛石鉆頭，其后出現(xiàn)了代替人力驅(qū)動(dòng)的蒸汽動(dòng)力；在20世紀(jì)的時(shí)候又逐漸實(shí)現(xiàn)了液壓技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)還研制出了能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速的變速箱，極大程度的推動(dòng)了鉆探技術(shù)的發(fā)展。到了20世紀(jì)60、70年代，受到液壓元件質(zhì)量提高和靜液壓傳動(dòng)技術(shù)的影響，出現(xiàn)了全液壓驅(qū)動(dòng)和控制的動(dòng)力頭式鉆機(jī)，使得地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)進(jìn)入了全新的發(fā)展階段。

我國(guó)在20世紀(jì)50年代的初期對(duì)蘇聯(lián)的給進(jìn)式鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)了引進(jìn)，并對(duì)其進(jìn)行不斷的研究和仿制，逐漸走上了自行設(shè)計(jì)和制造的道路，相繼自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出了YL、XY以及CS等不同種類(lèi)的巖心鉆機(jī)。特別是在70年代當(dāng)中，隨著金剛石鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和推廣，在帶動(dòng)我國(guó)制造業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)還促進(jìn)了對(duì)地質(zhì)巖心鉆機(jī)的研制力度，到了80年代，我國(guó)國(guó)內(nèi)的礦產(chǎn)調(diào)查實(shí)際需求已經(jīng)在總體上得到了基本的滿足，且開(kāi)始向外出口。進(jìn)入到21世紀(jì)的新時(shí)期之后，我國(guó)又研制出了新一代YDX系列的全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)，使得鉆機(jī)的發(fā)展邁進(jìn)了一個(gè)新的臺(tái)階。

2　常見(jiàn)的地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)

2.1組合鉆探技術(shù)

組合鉆探技術(shù)利用一套器具實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同地質(zhì)環(huán)境和不同取樣目的的實(shí)際需求的滿足，在地質(zhì)調(diào)查和快速取樣以及干旱缺水的復(fù)雜地層和石油地震的物探施工中發(fā)揮出了巨大的作用，是一種可靠性較高的技術(shù)手段。對(duì)于我國(guó)勘探工程不斷發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中，組合鉆探技術(shù)的應(yīng)用有效的解決了復(fù)雜地層中物探施工爆破孔難以成孔的問(wèn)題，使得實(shí)際的施工效率提高了5～8倍。

2.2反循環(huán)連續(xù)取巖心鉆探技術(shù)

反循環(huán)連續(xù)取巖心鉆探技術(shù)是目前全世界范圍最為先進(jìn)的一種地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)。反循環(huán)連續(xù)取巖心鉆探技術(shù)的介質(zhì)主要包括了水和空氣。一般情況下，在干旱地區(qū)采用此種技術(shù)方法通常將空氣作為循環(huán)介質(zhì)，反之則是將水作為循環(huán)介質(zhì)；由于循環(huán)介質(zhì)的差異，使得與之相配套的鉆具的性能、結(jié)構(gòu)尺寸和適用范圍等也具有一定的差異性，且在實(shí)際施工中的鉆孔深度、取樣形態(tài)和鉆孔口徑等也會(huì)隨之出現(xiàn)變化，因此采取反循環(huán)連續(xù)取巖心鉆探技術(shù)需要堅(jiān)持因地制宜的原則。

2.3繩索取心鉆探技術(shù)

繩索取心鉆探技術(shù)出現(xiàn)于反循環(huán)連續(xù)取巖心鉆探技術(shù)之前，對(duì)于資源勘探事業(yè)的發(fā)展起到了不可忽略的貢獻(xiàn)。與反循環(huán)連續(xù)取巖心鉆探技術(shù)相比較而言，繩索取心鉆探技術(shù)在施工成本和勘探效率等方面與之都存在著較大的差距，但是其所取得的巖心標(biāo)本更利于分析和研究。繩索取心鉆探技術(shù)在不斷的發(fā)展過(guò)程中已經(jīng)形成了較為完整的工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)。

2.4資源評(píng)價(jià)的定向鉆探施工技術(shù)

資源評(píng)價(jià)的定向鉆探施工技術(shù)的應(yīng)用是在一個(gè)主孔當(dāng)中打出多個(gè)分支孔，通過(guò)這些分支口實(shí)現(xiàn)對(duì)礦體的穿過(guò)，在實(shí)際的應(yīng)用中能夠較大程度的減少了工作量，在特別環(huán)境中的資源勘探取樣作業(yè)中具有十分顯著的效果，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一獲取。

2.5定向鉆探技術(shù)及對(duì)接井鉆井技術(shù)

定向鉆探技術(shù)和對(duì)接井鉆井技術(shù)的適用條件為定向鉆進(jìn)的組合鉆具當(dāng)中，對(duì)中低轉(zhuǎn)速的螺桿鉆桿進(jìn)行了改進(jìn)，使其能夠與金剛石鉆頭、牙輪鉆頭和復(fù)合片鉆頭等實(shí)現(xiàn)聯(lián)合使用；同時(shí)還編制了定向鉆進(jìn)和水平鉆進(jìn)的設(shè)計(jì)和控制軟件，對(duì)于傳統(tǒng)的原水溶性礦產(chǎn)資源的采礦作業(yè)形式實(shí)現(xiàn)了改善，使得作業(yè)效率得以提升。

3　地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)在資源勘探中的應(yīng)用

3.1礦區(qū)概況

某省有一鐵礦勘查區(qū)位，礦區(qū)地勢(shì)較為平坦，鉆孔位置屬于華北平原，鉆孔深度為1140m，上部的覆蓋層厚度約為400m，下部為砂巖、泥巖和泥質(zhì)砂巖，施工中采用型號(hào)為XY-6B式的鉆機(jī)，為其配備了1000m長(zhǎng)的φ85mm鐓粗繩索取心鉆桿和兩套JS95A繩索取心鉆具。該鉆孔所采用的是繩索取心鉆探技術(shù)，在兩個(gè)月之內(nèi)順利完成了終孔。

3.2鉆具級(jí)配

對(duì)深孔采取繩索取芯鉆探技術(shù)的時(shí)候需要對(duì)鉆具級(jí)配實(shí)現(xiàn)合理的鉆則，主要包括了以下幾種：①開(kāi)孔孔徑76mm——φ76mm的鉆頭和φ88mm的繩索取心鉆桿；②孔徑95mm——φ95mm的金剛石鉆頭和φ88mm的繩索取心鉆桿；③孔徑110mm——φ110mm的金剛石鉆頭和φ88mm的繩索取心鉆桿；④孔徑132mm——φ132mm的鉆頭和φ88mm的繩索取心鉆桿。

3.3繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)措施

在鉆進(jìn)的過(guò)程當(dāng)中遇到鉆壓突然升高的情況時(shí)，代表巖心充滿了巖心管，或者是巖心出現(xiàn)堵塞，這時(shí)應(yīng)停止鉆進(jìn)并卡斷巖心，將鉆具從孔底提離出來(lái)；使用夾持器對(duì)鉆桿實(shí)現(xiàn)夾住之后，對(duì)機(jī)上鉆桿要進(jìn)行卸載，并使用打撈器實(shí)現(xiàn)下放打撈。

在水位正常的情況下，要將內(nèi)管總成從孔口直接向鉆桿內(nèi)實(shí)現(xiàn)投入，并對(duì)機(jī)上鉆桿實(shí)現(xiàn)有效連接，開(kāi)泵之后利用沖洗液實(shí)現(xiàn)向下壓送；當(dāng)泵壓升高的時(shí)候說(shuō)明內(nèi)管總成已經(jīng)到位，此時(shí)可以開(kāi)始鉆進(jìn)。

將內(nèi)總管提升至地面之后，應(yīng)將其從接頭處進(jìn)行卸載，同時(shí)將巖心從巖心管中取出。在倒出巖心的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)使用橡膠錘對(duì)內(nèi)管進(jìn)行輕度的敲擊，為了防止內(nèi)管出現(xiàn)凹坑，嚴(yán)禁使用鐵器，以避免巖心出現(xiàn)堵塞的問(wèn)題；在取出巖心之后要對(duì)內(nèi)管總成進(jìn)行清洗和檢查。

3.4鉆探技術(shù)成果

繩索取心鉆探技術(shù)在該礦區(qū)中的應(yīng)用使得鉆探效率實(shí)現(xiàn)了較大程度的提高，且顯著降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；合理的鉆孔結(jié)構(gòu)為鉆進(jìn)的順利進(jìn)行提供了前提保障；該鉆孔的終孔頂角為6°，深孔臺(tái)月效率為570m，被評(píng)定為優(yōu)質(zhì)孔。

4　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)作為唯一一個(gè)能夠從地下當(dāng)中取出實(shí)物樣品的技術(shù)，其在礦產(chǎn)資源勘探中的應(yīng)用發(fā)揮出了巨大的作用；在科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的現(xiàn)階段，常見(jiàn)的地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)有組合鉆探技術(shù)、反循環(huán)連續(xù)取巖心鉆探技術(shù)、繩索取心鉆探技術(shù)和資源評(píng)價(jià)的定向鉆探施工技術(shù)等。面臨著資源短缺的現(xiàn)實(shí)困境和地質(zhì)條件復(fù)雜化的情況，如何提高資源的開(kāi)采效率是資源勘探工程領(lǐng)域中亟待解決的重點(diǎn)問(wèn)題，因此要依托科學(xué)技術(shù)推動(dòng)鉆探技術(shù)的創(chuàng)新和鉆探設(shè)備的研制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)深層礦產(chǎn)資源的有效開(kāi)發(fā)。

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2095-2066（2016）12-0110-02

2016-4-7

田 野（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事鉆探施工工作。

張海瑞（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事鉆探施工工作。