鉆探在找礦方面的應(yīng)用

文/張亞成 候守才 馬洪寶，遼寧環(huán)宇礦業(yè)咨詢有限公司；沈陽(yáng)金生礦業(yè)咨詢有限公司；遼寧環(huán)宇礦業(yè)咨詢有限公司

1 深部找礦鉆探技術(shù)特點(diǎn)

1.1 鉆孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜。深孔鉆探，由于鉆遇的地層種類較多，地層相對(duì)復(fù)雜，因此，一般采取多級(jí)孔徑設(shè)計(jì)，開孔及上部孔徑加大。鉆孔直徑的增大會(huì)造成地層側(cè)壓力的增加，對(duì)于松散破碎且傾角陡斜的地層，孔壁的穩(wěn)定性變差，不穩(wěn)定的巖石就會(huì)向孔內(nèi)滑落和坍塌，因此，在可能的情況下，應(yīng)盡量減少孔徑級(jí)數(shù)，縮小鉆孔直徑。

1.2 護(hù)壁堵漏難。進(jìn)行深部找礦鉆探，區(qū)內(nèi)大多裂隙發(fā)育，地層破碎，幾乎所有的鉆孔都要穿過(guò)斷層和破碎帶。硬、脆、碎、酥、漏是多數(shù)礦區(qū)地層的特點(diǎn)。大裂隙發(fā)育的地方常發(fā)生貫通性的孔段全漏失；小裂隙多而密集的地方常遇部分漏失或全漏失；疏松地層大部分發(fā)生滲漏或部分漏失。多數(shù)鉆孔是漏失、坍塌、掉塊并存，多層位坍塌、掉塊，給護(hù)壁帶來(lái)困難，大量漏失又使沖洗液護(hù)壁難度加大，尤其是深孔、斜孔，施工周期長(zhǎng)，地層被鉆穿后裸露時(shí)間長(zhǎng)，易造成孔壁失穩(wěn)，護(hù)壁堵漏就更加困難。

1.3 鉆探效率低。硬巖鉆進(jìn)受地層復(fù)雜、裂隙發(fā)育、巖石破碎、坍塌、掉塊、漏失等不利因素的影響，鉆進(jìn)困難。特別是堅(jiān)硬破碎可鉆性9～12級(jí)巖石和結(jié)構(gòu)致密、弱研磨性的打滑地層，鉆進(jìn)就更加困難，不僅鉆進(jìn)效率低，而且鉆頭壽命和回次進(jìn)尺短，給深孔鉆探帶來(lái)更大困難，提下鉆和打撈巖心等輔助時(shí)間都大大增加，降低了鉆探效率。

1.4 防斜治斜難。受地質(zhì)構(gòu)造的影響，金屬礦區(qū)地層多數(shù)傾角較大，特別是地層較硬，軟硬互層多，層理、片理發(fā)育，巖石不均勻和各向異性明顯，給深孔鉆探防斜帶來(lái)很大難題。從目前研究成果和實(shí)鉆經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，硬巖鉆進(jìn)，地層因素是孔斜的主要原因。

1.5 操作難度大。目前，深孔鉆探主要采取金剛石WL 鉆進(jìn)。為提高鉆桿螺紋強(qiáng)度，將接頭鐓粗，使鉆桿與孔壁之間、內(nèi)管與外管之間間隙進(jìn)一步減小，壓力損失大，泵壓高，開泵、停泵時(shí)容易產(chǎn)生壓力波動(dòng)。當(dāng)鉆遇漏失和涌水地層，壓力波動(dòng)會(huì)更大。此外，升降鉆具過(guò)程中所引起的抽吸力和擠壓力也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，升降鉆具速度快，鉆具與孔壁間隙越小，沖洗液粘度和切力越大，壓力波動(dòng)越大。壓力波動(dòng)會(huì)影響孔內(nèi)壓力平衡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成孔壁失穩(wěn)，產(chǎn)生孔內(nèi)事故。要采取有效措施減少壓力波動(dòng)。

2 解決深部找礦關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的對(duì)策

2.1 巖心鉆探設(shè)備。

2.1.1 加快第三代新型鉆機(jī)研制和開發(fā)，積極引進(jìn)石油鉆井界先進(jìn)技術(shù)和理念，設(shè)計(jì)出適應(yīng)于巖心鉆探的深孔鉆機(jī)。以液壓為動(dòng)力，優(yōu)先開發(fā)地質(zhì)巖心頂部驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，使之成為系列化及與之相配套泥漿泵等。

2.1.2 加快坑道鉆探設(shè)備的能力、功能的提升。在危機(jī)礦山接替資源的勘探中，對(duì)某些成礦模式的地層，在現(xiàn)有的數(shù)百米深的地下坑道或開采區(qū)內(nèi)，利用坑道鉆探設(shè)備來(lái)進(jìn)行深部巖心鉆探工作，可以充分揭露深部地層，節(jié)約鉆探費(fèi)用和時(shí)間，提高勘探效率?？拥楞@探設(shè)備應(yīng)以提升設(shè)備能力、完善設(shè)備功能和實(shí)現(xiàn)機(jī)電液一體化為主要目標(biāo)，并形成300～1000m范圍內(nèi)的完整產(chǎn)品體系，達(dá)到深部找礦要求。

2.1.3 加快先進(jìn)巖心鉆探設(shè)備的推廣。巖心鉆探設(shè)備推廣應(yīng)用的最終結(jié)果是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，而產(chǎn)業(yè)化又是降低生產(chǎn)成本和銷售價(jià)格的有效手段，這又反過(guò)來(lái)推動(dòng)著巖心鉆探設(shè)備的推廣應(yīng)用。因此，巖心鉆探設(shè)備的推廣應(yīng)用過(guò)程就是設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程。

2.2 巖心鉆探器具及工藝方法。

2.2.1 加強(qiáng)信息情報(bào)收集，積極開展行業(yè)問(wèn)信息交流，推動(dòng)學(xué)科交叉合作?；仡欍@探技術(shù)發(fā)展的幾十年，情報(bào)部門提供了金剛石鉆進(jìn)技術(shù)、定向鉆進(jìn)技術(shù)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)等一系列科技信息，對(duì)國(guó)內(nèi)鉆探工程界有很大的啟發(fā)，為在國(guó)內(nèi)科技攻關(guān)立項(xiàng)、研發(fā)、創(chuàng)新、模仿或引進(jìn)技術(shù)起到了重要作用。

2.2.2 加快新型基礎(chǔ)鉆具的研制和新工藝技術(shù)的完善。新型高壽命金剛石鉆頭、高強(qiáng)度深孔繩索取心鉆桿、新型深孔雙壁鉆桿的研制是保證金剛石繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)、反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆進(jìn)技術(shù)安全、經(jīng)濟(jì)、高效的服務(wù)于深部地質(zhì)找礦工作的基礎(chǔ)鉆具，對(duì)于提高這些技術(shù)應(yīng)用的可靠性、經(jīng)濟(jì)性有著重要作用。目前這些基礎(chǔ)鉆具有的已經(jīng)由勘探所立項(xiàng)研究，有的正在申報(bào)立項(xiàng)。

2.2.3 加強(qiáng)巖心鉆探器具及工藝方法的系統(tǒng)化研究，增強(qiáng)鉆探器具的功能、提高工藝方法的適應(yīng)性，利用現(xiàn)有技術(shù)集成、整合出新。多功能、一體化，是國(guó)外鉆具發(fā)展的一個(gè)方向，我國(guó)巖心鉆探器具也應(yīng)利用現(xiàn)有技術(shù)和工藝實(shí)現(xiàn)功能整合。例如勘探所研制的具有創(chuàng)新和多技術(shù)集成的“三合一”鉆具，并且在大陸科鉆一井中成功使用，使我國(guó)的鉆探技術(shù)邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。該技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平?？碧剿鶠榻鉀Q定向造斜段不能連續(xù)取心問(wèn)題正在研制的定向造斜段連續(xù)繩索取心工具及正在申報(bào)立項(xiàng)的中空式液動(dòng)錘繩索取心工具、繩索取心與反循環(huán)連續(xù)取樣結(jié)合的組合鉆探技術(shù)也屬于此范疇。

2.2.4 注重鉆探從業(yè)人員的培訓(xùn)工作，提高鉆探人員的素質(zhì)。深部找礦的設(shè)備和儀器更加精密，操作更加自動(dòng)化。沒有高素質(zhì)的從業(yè)人員保障，不僅不利于新技術(shù)的推廣應(yīng)用，而且也很難保證高質(zhì)量的完成深部找礦的鉆探工作。

3 鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用

在地質(zhì)勘查工作中，利用鉆探設(shè)備向地下鉆進(jìn)形成的直徑較小、深度較大的柱狀圓孔，又稱鉆井?？傮w來(lái)講，地質(zhì)礦產(chǎn)埋藏深度和鉆孔用途決定鉆孔的直徑和深度的大小，一般在鉆探石油、天然氣或地下水的鉆井直徑較大些。

鉆進(jìn)的作用：（1）形成鉆孔，獲得全面的第一手地質(zhì)體資料。這一資料的獲得在于從鉆孔中取得的巖芯、礦芯、巖屑甚至液、氣態(tài)樣品，有時(shí)還需從內(nèi)孔壁補(bǔ)充側(cè)壁上的巖體進(jìn)行分析研究。（2）可形成人工通道供觀測(cè)地下水層及水文地質(zhì)動(dòng)態(tài)之用。（3）作為一種便于觀測(cè)并獲取巖礦層各種地球物理信息的通道。（4）一些鉆孔可與采探結(jié)合，用于開采地下水、地?zé)?、油氣資源等。