鉆探技術在深部礦產勘查的應用

趙 煒

（西南有色昆明勘測設計院資源公司，云南 昆明 650051）

1.認識深部鉆探難度，高度重視，加強技術研發

1.1 思考1：要充分認識深部鉆探的客觀困難首先需要深刻地認識到深部鉆探，不是淺孔鉆探簡單的延深或長度的放大，而有著質的差別。

淺孔鉆探結構簡單，設備簡便，工藝技術簡易，鉆探技術含量少，屬簡單粗放體力勞動，技術問題和質量問題不突出，偏差后果不嚴重，掩蓋了鉆探技術重要性。

1.1.1 鉆遇復雜地層多

深部地質構造復雜程度增加，深部鉆探穿越巖石層位較多，鉆遇堅硬、破碎、風化、松散、軟弱、水敏、漏失等復雜層位增多，甚至幾種復雜層同時(交替)存在。技術解決措施復雜，甚至措施相互抵觸相互矛盾，顧此失彼。

1.1.2 鉆孔偏斜距離大

對于中淺孔，除特別情況外，鉆孔角度累進變化不大，鉆孔絕對偏斜距離也相應較小，完全滿足地質勘探要求；對于深孔，則是質的變化，即使按百米遞增0.5°～1°，深度1500m鉆孔偏斜距約100～200m，如若方位變化較大，鉆孔落點更難確定，鉆孔更深呢顯然不能滿足勘探要求。

1.1.3 巖石樣品采取難

鉆取樣品是鉆孔的首要目的，復雜巖層取心本是鉆探較為專業的難題。深部地質作用力大，復雜層位多，程度更加嚴重，取心困難問題更加突出。研究結構科學的取心鉆具和工藝先進的鉆進方法以及相適應的設備成為專業課題。

1.1.4 鉆探施工成本高

深孔鉆遇復雜層多，工藝技術要求特殊，生產負荷大，防止孔內事故成為首要事項，這就需要先進的設備、鉆探材料和工具，其性能、強度、韌性、密封、耐壓等要求高，淘汰報廢率高。深孔鉆探所需設備大，能耗高。鉆遇復雜層多，技術處理費用大。

1.2.思考2：要高度重視深部鉆探工作

在我國，完全受制于國家政策，沒有建立和形成自主的地勘經濟基礎，各項地質工作和關聯產業沒有雄實的經濟支撐，學術理論、技術方法和地質裝備較為落后，鉆探設備功能單一，缺乏自動化、智能化，勞動強度大；鉆探材料性能低，機械加工精度差，無統一執行的國家標準；工作艱苦，待遇低下，新人才引不進，老技術過時陳舊，與現代數字化技術脫節，人才匱乏，研發推廣力量薄弱，技術力量與深鉆要求差距很大。

我們認為，重視鉆探是開展深部勘探的首要工作，重視鉆探已迫在眉睫，現階段需要大力投入，深入開展設備、鉆材、工具、儀器研發，推進設備現代化、鉆材優質化、鉆具系列化、儀器電腦化。

我們建議，重視鉆探需要改變現有地質勘探投資運作模式，國家應制定出臺合理的投資運行管理辦法，將地質研究、物化遙測探和鉆探工程分塊投資、分塊管理；設立市場運作保護基準價，細化費用基準定額；實行監理制，嚴格監管核定投資費用，杜絕侵占挪用鉆探工作費用。

2.認識定向鉆進技術意義，抓住核心技術，注重工藝研究，強調技術精度

2.1.思考1:要充分認識深部鉆探之定向鉆進技術的深遠意義

受控定向鉆探是主動控制鉆孔軌跡，使其按預定曲線鉆進命中目標靶點(區)，從而達到深部找礦高精度勘探要求，解決鉆孔偏斜和陡斜礦體勘探問題。該技術可實現一主多支的羽狀或傘狀鉆孔，大幅度節約鉆探工作量及勘探投資，縮短勘探周期，在深部勘探中具有深遠的經濟意義；可實現特定軌跡曲線達到避障繞障或其它特殊目的。受控定向鉆探屬高技術特種鉆探范疇，是應用其他學科高新技術最為集中的專業技術。

深部鉆探離不開受控定向鉆進。深部礦產勘探，鉆孔偏斜將是影響地質找礦成果的關鍵因素，受控定向鉆探是有效解決鉆孔偏斜、保障鉆孔達到目標落點的關鍵技術措施。

液動孔底馬達驅動技術和隨鉆測量技術為深部定向鉆探拓展了強有力的應用空間，地表無回轉驅動，節省能耗和鉆材消耗；軌跡任意控制，可減少大量鉆進工作量、實現復雜軌跡鉆孔特殊目的。

2.2 思考2：要全力解決定向鉆進專用裝備和泥漿技術問題

（1）小口徑孔底馬達技術不甚嫻熟，輸出功率小，不能用于所有巖層鉆進，效率低；壽命短，連續使用成本高；結構復雜，抗拉強度小，不能適應強力提拉。目前尚不能很好地實現取心鉆進。

（2）定向測量技術是定向鉆進至關重要的核心問題，固體礦產地質勘探領域定向測量儀器發展緩慢，可靠性和密封耐壓性都比較低，甚至使用自制或改制的原始儀器，隨鉆測量技術在石油鉆井中廣泛使用，但未能引進到礦產地質鉆探中，極少有科研單位和制造商研發制造。要研制同時滿足測量功能、測量精度和幾何規格(曲孔曲率通過)要求。

（3）液動孔底驅動需要較大功率良好性能的輸送泵，要求高壓大流量，工作恒定穩定，尤其是泥漿介質。目前尚未引起業界高度關注。

2.2.4 深鉆對沖洗液提出了高要求，要解決不同復雜層護壁問題，要有良好流變性達到減阻效果，要限制介質粒度及含量，減小對孔壁和輸送泵體沖刷，要研制使用結構簡易、性能良好的泥漿凈化設備，要防止泥漿高溫變質失效，維持泥漿性能穩定，要統籌兼顧，同時起到良好效果。

2.3 思考3:要注重定向鉆進工藝技術研究(1)合理選擇設計鉆孔軌跡、鉆孔結構，合理選配鉆柱，要求級配合理，減少沖洗液沿程壓力損失，這對鉆孔直徑系列與鉆柱標準匹配提出了要求。

(2)研究鉆進工藝 (包括常規鉆進和定向鉆進)對沖洗液護壁、潤滑、低阻作用要求，研究泥漿的配制、維護、凈化工作。

(3)研究導斜鉆進彎曲強度或曲率規律，盡可能做到曲率可控。研究鉆桿的抗彎強度和測量儀器的暢順通過對導斜彎曲強度 (或曲率)的限制，探索彎曲鉆孔柔桿鉆進技術。

(4)研究定向鉆進、常規鉆進工藝銜接要求，避免修孔卡鉆、修孔劈直，要求導斜工具標準系列與鉆孔結構口徑系列相對應。

(5)研究分支孔施工工藝，包括"栓塞架橋"、側鉆分叉、套管開窗、窗孔串通與密閉、輔助導斜器具安放打撈等一系列工序問題，研制專用輔助導斜器具及安放打撈工具。(6)研究改進鉆機結構，實現回轉獨立制動功能，以解決因鉆機功能缺陷，現在定向鉆進防轉制動工序復雜而致操作失誤帶來的導斜偏向問題。

2.4 思考4：不可忽視定位精度

深部鉆探，這個量已與鉆孔定位值同等重要，沒有定位精度的定位，其真實可靠性值得警惕，低精度的鉆孔定位可能帶來大的錯誤，禍及勘探成果，甚或達不到目的。

鉆孔定位、鉆孔軌跡描述是通過測量鉆孔諸點空間角度經擬合計算確定的，可用下式表述:

式中:S(x，y，z)- 鉆孔空間測點坐標；f(L，，a，A，M，t，T……)- 擬合數學模型函數；L、、a- 鉆孔測點深度，空間角度；A、M-測量儀器，測量方法和觀測者；t、T-測量時點，溫度。

上式表明，鉆孔定位精度、定位誤差來源除與測點及空間角度有關外，與儀器、測量方法和測量行為、測量時點、溫度等諸多因素相關，與采用的擬合數學模型有關。目前通過數理論證，常用的幾種數學模型擬合精度相差較小，影響精度因素主要為函數的元素，所以控制鉆孔精度重點在于確定測點位置、測量儀器、測量方法和測量行為、測量時點等。對于深孔鉆探，多因素綜合影響累計誤差將很大，不可忽視每個細小因素的影響，即使只有0.1°誤差，累計誤差將達1‰以上，如采用儀器說明書精度，則定位誤差接近1%。所以對于深孔而言，要制定嚴謹的測量規范，盡可能采用較密測點、高精度儀器、科學測量的方法和準確的測量行為，及時跟蹤鉆孔形成時點，加強儀器維護保養與校驗，應用數理統計方法處理各類誤差，減少人為因素，可以大幅度提高控制精度。

結語

深部鉆探客觀難度大，需要高度重視和深入研究，改變現行投資模式，依靠經濟投入，大力開發技術研發工作，制定科學的專業標準和規程，實現理論上水平，裝備上臺階，技術大飛躍。

[1]黃才啟，劉良根.深部礦產勘探與受控定向鉆進技術方法思考.安徽省地質礦產勘查局321地質隊.[期刊]探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009-06-15.