地質勘探金剛石巖心鉆探施工技術分析

李 明

（核工業二一六大隊，新疆 烏魯木齊 830011）

地質勘探中巖心鉆探作為研究和評價地址礦產的重要實物資料來源，巖心鉆探所得巖礦數量與品質直接影響了地質構造判斷、礦產資源性質評價、礦產儲量評估與礦山開采設計等。關系到地質勘探工作的質量與可靠性。所以，重視巖心鉆探成為必然。國內目前在巖心鉆探方面主要采用繩索取心巖鉆進和金剛石鉆進，二者對對沖孔的要求和對孔壁的穩定都有較高要求，廣泛應用在地質勘探領域巖心鉆探[1]。金剛石巖心鉆探施工技術重視采心質量，適合復雜地層地質勘探，可準確的從孔中采集中對應相應孔段巖礦層的巖心，在數量、質量上滿足勘探評估需求，應用價值高。下面我們對地質勘探中金剛石巖心鉆探施工技術略作分析。

1 金剛石巖心鉆探工藝特點

金剛石巖心鉆進工藝主要有三大特點，分別是巖粉顆粒細小、單位時間產生的巖粉量少，孔壁間隙小和鉆具高鉆速。

金剛石鉆進的一個顯著特點就是沖洗液本身不需要也不能采用高粘度和高切力，高粘度沖洗液會導致細小巖粉難以沉淀清除，且隨著巖粉含量增加，維護巖壁穩定等性能隨之下降。所以，即使對沖孔內有坍塌物，也必須首先選用防塌性較好的沖洗液沖孔，以達到穩定孔壁的根本目的，避免像其他鉆進一樣以增強排粉為目的提升沖洗液粘度。像抑制類沖洗液如鈣處理泥漿、鹽水泥漿等對泥質巖屑分散造漿效果較好，但是并不適用于金剛石巖心鉆探，這主要是由于固體礦產尤其是金屬礦產鉆探中遇到泥質類地層較少，且金剛石鉆進的沖洗液需添加潤滑劑，會導致鈣處理泥漿效果下降，鉀鹽類抑制劑則對煤炭地質勘探效果較好[2]。

金剛石巖心鉆探得以順利實施的一個重要條件就是孔壁間隙小，以此達到高鉆速鉆進的目的，同時也是鉆進節理、裂隙發育、巖石較破碎地層時避免或減少孔壁掉塊的重要因素，不過孔壁間隙小不利于對沖孔和孔壁的穩定。孔壁間隙作為鉆進中影響較大的因素，像蝕變帶地層、泥夾角礫層的鉆進，沖洗液防塌性不強時會引發孔內蹩水夾鉆，從而導致廢尺、廢孔甚至坍塌事故。像普通金剛石鉆進，孔壁間隙小會提升鉆具的抽吸作用，下降會產生動壓，二者均會導致孔壁失穩[3]。繩鉆大佬內管時部分沖洗液會返出孔外，孔壁間隙小則會在每提出1L沖洗液時導致Φ75孔壁間隙內水位下降2m，提出的水量越多內里水位下降越深，進一步增強坍塌危險性，實際施工中也有不少坍塌物抽進鉆桿的實例，另外沖洗液粘度過大也會導致提出水量增加，都需要加以注意。

金剛石巖心鉆探的另一個顯著特點是鉆具高鉆速，高轉速轉是取得高的小時進尺的重要舉措，配合其他工藝可共同完成巖心鉆進目標。比如孔壁間隙小可保持鉆具平穩，合適的沖洗液可潤滑減阻、減磨，繩鉆中沖洗液固相含量少可防止鉆桿內壁結皮。

2 金剛石巖心鉆技術探在地址勘探中的應用

國內目前在巖心鉆探領域采用金剛石鉆探技術已成主流，根據國內1982年頒布的規程來看，巖心鉆探主體口徑主要包括46、56、66、76、91㎜五個口徑，對比國際通行標準來看，以 R(28)、E(36)、A(46)、B960)、N(76)、H(95)、P(120)、S(150)八個級別為標準的模式有望成為目前國內與國際接軌的新一代口徑標準，成為影響金剛石巖心鉆探技術的重要指標[4]。2005年之前國內金剛石巖心鉆探主要采用56㎜口徑，但是隨著鉆探工藝的升級、鉆探需求的多樣化，以上口徑已經無法滿足巖心礦評價和調查需求，79㎜口徑逐漸取代它成為目前鉆探的主體口徑，這與金剛石巖心鉆探工藝的發展、鉆進行業發展需求、相關技術指標等均有密切聯系，成為目前巖心鉆探的主流口徑。不過，由于鉆孔口徑越大鉆探成本越高，所以在口徑的選擇上目前又出現了新變化，56㎜口徑再次興起。我國目前的巖礦分析技術和鑒定水平經過多年發展，與56㎜口徑時興的年代已存在天壤之別，在口徑發展方面經歷了返璞歸真的發展歷程，在56㎜口徑即可滿足多礦種巖心勘探需求的今天，不再簡單以口徑大小作為巖心礦評估標準，現行技術條件下，56㎜口徑巖心鉆探已可滿足多種地質礦產研究和分析需求，地質效果獲得突破性改善。依托當前快速發展的電子技術和分析技術，巖心礦分析已經逐步實現了自動化、儀器化與信息化，可對礦巖樣品中多達七十余種有機成分和無機元素進行測定，結果準確可靠，這意味著在金剛石巖心鉆探技術領域56㎜口徑鉆探完全可以滿足當前需求。

金剛石巖心鉆探技術的一個顯著優勢適用于復雜地層。像膠結性很弱的砂、礫石層、風化巖層、斷層角礫層等，使用硬質合金鉆頭并下套管互孔即可完成巖心鉆探。金剛石巖心鉆探中經常遇到的是金屬礦產地質鉆探，困擾鉆進的孔壁不穩定地層主要以復雜地層中的含泥與角礫斷層帶地層、水敏性地層中的蝕變巖層、破碎地層中破碎層帶等，當孔內漏水或伴有涌水層時，鉆進工作的技術難度更進一步加大。像破碎地層，因風化作用與地層構造影響產生斷裂破碎帶，形成斷層泥、糜棱巖、壓碎巖、碎塊巖和片狀巖等交互存在的巖層，由于孔徑小、孔壁間隙小，鉆進過程中破碎巖塊掉落現象嚴重，可以說是目前困擾金剛石巖心鉆探技術的一大難點，也是未來技術升級的重要方向。另外一種水敏性地層是以粘土礦物為主的巖層，比如煤田地質條件下常見的泥巖、粘土巖與頁巖等，金屬礦產地質條件下常見的綠泥石化、高嶺石化等斷層泥層和蝕變巖層等，這些地層孔壁遇水后，會因膨脹作用導致縮徑或者巖層剝落，因水的濕潤作用出現片狀或塊狀掉落等。所以水敏性地層巖心鉆探技術問題的解決也是未來金剛石鉆探技術的另一發展要點。在復雜地層巖心鉆探施工中，鉆孔漏水可以說是困擾鉆進的典型問題。像鉆孔漏水情況，常見于裂隙構造，由于本身開放性、伸展性和成群性，所以導致鉆孔漏水情況發生。裂隙的主要結構特征是以裂隙傾角、裂隙寬度為主，寬度上多數不超過0.005mm，少數寬度較大者達到幾毫米或者更高。鉆孔漏水的防治關鍵在于裂隙的堵漏，裂隙本身的分布、表面的粗糙度與密集程度、裂隙的連通性和充填物等，都會影響防治效果[5]。

地質勘探巖心鉆探作為礦產研究開發的重要組成部分，鉆探施工技術直接決定了巖心礦產采集質量，鉆探過程中雖然會遇到許多技術難題，但是在積極分析施工問題的基礎上加強技術研究、實踐與開發，將會更好地服務于金剛石巖心鉆探施工技術的進步，服務礦產資源的開發與應用。

［1］季偉峰，張宜.地勘用陀螺測斜儀研究現狀及使用中主要問題的分析[J].探礦工程·巖土鉆掘工程，2011（02）.

［2］姜光忍，李忠，王獻斌.繩索取心鉆探施工中鉆桿折斷原因分析及應對措施[J].探礦工程·巖土鉆掘工程，2009（03）.

［3］孫建華.《地質巖心鉆探規程》（DZ/T0227-2010）正式發布實施[J].探礦工程·巖土鉆掘工程，2010（12）.

［4］陳奇林.淺析地質勘探金剛石巖心鉆探施工中的應用[J].經營管理者，2010（02）.

［5］張成德.注漿護壁堵漏工藝在深孔巖心鉆探中的應用[J].探礦工程·巖土鉆掘工程，2010（05）.