關于深部找礦鉆探技術分析

陳嵐 任景安 童渝玲

摘要：隨著我國社會經濟的不斷發展，對于礦產資源的需求量也日益增加，而在過去的發展之中，大多淺部的礦產已經被找到并開采，這就迫使找礦只能想著深部進行。深部找礦鉆探技術是深部找礦的重要技術手段，其應用水平的高低對于礦產資源開發和經濟發展有著重要意義。本文就對我國常見的深部找礦鉆探技術進行介紹，并分析了其所面臨的困難，探究相應的解決措施。

關鍵詞：深部找礦；鉆探技術；困難；解決措施

礦產資源是工業生產順利進行和人們生活穩定的重要保證，所以，加強礦產資源勘查十分重要。當前，我國淺部礦產資源已經基本被開采殆盡，深部找礦已經成為地質找礦工作的重點內容，這就促進了深部找礦鉆探技術的快速發展。與淺部找礦相比，深部找礦鉆探技術有著很大不同，

一、我國常見的深部找礦鉆探技術

我國的深部找礦鉆探技術開始于上世紀70年代，主要的鉆探設備是立軸式鉆機，經這些年發展之后，又開發出了氣動錘鉆進技術、液動錘鉆探技術、泡沫鉆進技術和定向鉆探技術等，其具體內容如下：

（一）氣動錘鉆進技術的內容

氣動錘鉆進技術是我國在上世紀80年代引進的，主要包括貫通式鉆進和CSR技術，此技術的優點是在深部鉆探過程中能夠降低鉆孔堵塞問題發生的概率。

貫通式鉆進采用的設備是雙臂鉆桿結合貫通式RC氣錘，CSR的設備主要有雙臂鉆桿、氣錘和通道接頭。除此之外，GQ系列氣動錘在近些年來應用也非常廣泛，其特點在于可以按照深部礦內的氣流變化對鉆進速度進行自動調整。

氣動錘鉆進技術的不足之處在于只能分析深部地質中巖層碎屑的情況，而無法得到柱狀巖芯的情況，在實用性上存在著不足，大多被應用于復雜地質環境和成孔取芯困難的地區之中[1]。

（二）液動錘鉆探技術的內容

液動錘鉆探技術的原理在于通過液動錘產生的沖擊動能，給予鉆頭以沖擊負荷，使其深入到地質深部，從而實現鉆探。在應用此技術進行深部找礦時，為提高鉆頭鉆進的效率，一般會將液動錘安裝在巖心管和鉆頭之間。

目前，液動錘鉆探技術常用的液動錘主要有YZX127型、KS-157型、SYC-178型、YS-19型和Q-150型，都屬于我國開發的高效液動錘。其中，YZX127型性能較為優良，不僅能夠適用于泥漿或其它類型的復雜地質環境中，其在連續鉆進頻率上也能達到500次，鉆進深度上能夠超過5000米；而KS-157型的優勢在于能夠降低鉆探孔傾斜概率，有效防止鉆探過程中出現巖心堵塞，同時還可以通過延長進尺來加大鉆進深度。

液動錘鉆探技術應用的范圍相當廣泛，除了一般的深部找礦外，還被應用在了水井鉆探和石油鉆井等領域，具有較高的實用價值。

（三）泡沫鉆進技術的內容

泡沫鉆進技術是以泡沫流作為鉆探過程中的循環介質，借助泡沫流自身的均勻穩定優點，消除其它高密度流體的阻礙作用，從而起到促進鉆探工作的作用，有效克服了復雜地質條件中鉆探的困難，同時，由于泡沫流在循環過程中不會發生急速的上返，對于鉆孔孔壁的沖擊作用接近于無，也能夠有效防止鉆探過程中出現孔壁坍塌，對于高原、沙漠等地區的深部找礦工作有著重要意義。

泡沫鉆進技術在我國的使用開始與上世紀80年代中期，泡沫劑的類型主要有F873和TAS，經過這些年的發展后，又出現了ADF-1、CD-1和DF-1等，同時，我國還在泡沫鉆探技術的相關流程上進行了詳細規定，在鉆探測試裝置上進行了專門研制，極大地促進了泡沫鉆探技術的發展[2]。

（四）定向鉆探技術的內容

定向鉆探技術是深部找礦之中應用應用最為普遍的一種技術，其最重要的施工環節是造斜，也就是通過相應的造斜設備給予鉆孔一定壓力，從而保證鉆孔想著設計軌跡進行延伸，保證鉆探過程在控制范圍之內，在此過程中，還需要輔助以造斜鉆頭、測量系統和定向器具。

在造斜設備上，主要有連續造斜、偏心楔、配合孔底動力使用的造斜設備等；在造斜鉆頭上，主要有牛鼻式和盤式鉆頭兩種；在測量系統上，主要是ZS-1系統和YS-1系統，在定向器具上，主要包括GZ-18、BD-14和DD-1。

定向是造斜設備工作不出現偏差的重要保證，根據定向方式的不同，可以分為直接定向和間接定向兩種。其中，直接定向多用于頂角小于3°的鉆孔，定向工具是鉆桿；間接定向在頂角大于3°的鉆孔中常用，工具包括上述幾種類型。

二、我國深部找礦鉆探技術的難點

（一）鉆探井結構較為復雜

在深部找礦鉆探過程中，由于其需要不斷向下鉆進，需要經過較多的地層層位，而這些地層層位在巖石類型、結構強度等方面都存在著較大差異，再加上局部溶洞等問題的出現，都給深部找礦鉆井造成了極大困難，坍塌、失漏或者縮徑等問題時常發生，給鉆探井穩定的安全造成影響，阻礙了深部找礦鉆探工作的順利開展。為防止這些問題，就需要對鉆進結構進行復雜化設計，比如CCSD探井中的四開井身結構，見圖1。

（二）鉆探設備相對較為落后

就我國目前的深部找礦鉆探設備而言，雖然開發出了許多先進技術和設備，但占據多數 圖1：CCSD探井井身結構

的依然是上世紀70年代的立軸鉆機，其鉆進深度僅有1500m，近些雖然有2000m和3000m鉆機的研發，但多數樣機，很少被應用于深部找礦鉆探工作中，這些鉆探設備對于巖心的提升能力嚴重不足，以立軸式鉆機XY-6為例，其提升能力只有6T。在這種設備水平下，當鉆探過程中發生縮徑問題時，就會出現卡鉆事故，而隨著鉆探深度的增加，鉆桿的重量和其與井壁的摩擦力以及泥漿阻力等都會增大，進一步對提鉆能力造成了不利影響。

（三）鉆探井斜度不容易被控制

在深部找礦鉆井開挖過程中，由于地層軟硬交替特點和早然造斜效應的影響，井斜問題十分普遍，這就會使鉆探發生偏離，從而影響了鉆探的軌跡，給深部找礦工作鉆探的質量造成了極大限制。

（四）鉆探工作效率水平較低

整個深部找礦鉆探工作的施工周期是很長的，需要經過多道復雜的鉆探程序，加上鉆孔的復雜機構、井底的高溫等因素影響，給鉆探過程中的巖心提撈等過程造成了極大干擾，鉆桿的磨損和消耗也會增加，這些問題都會給鉆探效率造成影響。

三、提高我國深部找礦技術應用的措施

（一）合理配置石油鉆機提高鉆探能力

將鉆機換為石油鉆機，對于提高鉆探能力有著重要作用，以CCSD探井鉆探為例，通過采用ZJ70D石油鉆機，極大的延伸了深部找礦鉆探的深度，保證了深部找礦工作的成功。在實際應用中，可以根據實際需要采取合適的石油鉆機，以提高深部找礦鉆探的能力。在此過程中，還需要對鉆機配套設施進行優化簡化，以ZJ30石油鉆機為例，其配套設施部件如圖2所示[3]。

（二）加大定向鉆探技術的使用力度

通過受控的定向鉆探，按照預定的軌跡來進行鉆井，能夠避免直井鉆探過 圖2：石油鉆機優化簡配配套設施表

程中受地層分布不均勻等因素影響發生的鉆桿損壞、井壁縮徑等問題，提高鉆井鉆探的效率，而且石油鉆機的轉盤、鉆具在軌跡控制上相對容易，更能滿足定向鉆探技術實施的條件。

另外，在深部找礦鉆探過程中，占據總費用比重較高的是鉆探技術成本，鉆孔的斜度糾正則會對找礦的準確性產生重大干擾，通過定向鉆探的技術，能夠有效降低鉆孔斜偏問題發生的概率，將整個鉆探軌跡控制在固定區域內，從而達到降低鉆進工作的目的，降低整個深部找礦鉆探的技術成本。

（三）結合采用配套繩索取心的技術

雖然繩索取心技術在常規石油鉆井中應用的并不普遍，但對于一些特定條件的鉆機還是有著極大作用的。比如當石油鉆機的鉆桿內徑較小（G105級127mm）時，結合采用配套的繩索取心鉆具內桿，或者在后期深井段時更換專用的繩索取心鉆具，就能夠充分發揮出繩索取心的優勢。

（四）提高鉆探過程的目的性

石油鉆機和巖心鉆機的鉆控工藝技術是不同的。巖心鉆機主要采用取心鉆頭鉆進，以硬質合金鉆頭、金剛石取心鉆頭等為主；而石油鉆機鉆進則以全面鉆進為主，主要以牙輪鉆頭和PDC鉆頭鉆進為主。因次采用石油鉆機取心，可根據目的層的預測深度，在滿足深礦找礦地質目的的前提下，只對主要的目的層段進行取心鉆進。

結語：

綜上所述，深部找礦鉆探技術對于礦產資源的開發和社會經濟的穩定發展有著重要研究，加強對深部找礦鉆探技術的研究，有著十分重要的現實意義。我國深部找礦鉆探技術經過長期發展之后，已經有了一定的技術基礎，但是在實際應用當中，依然面臨著許多難點，給深部找礦工作的順利開展造成了不良影響，所以，需要針對這些難點，探索科學的解決辦法，以提高深部找礦鉆探技術的應用水平，為社會經濟和人們生活的穩定提供有力保障。

參考文獻：

[1] 彭粲璨.深部找礦鉆探技術探討[J].中國煤炭地質，2014，11：61-64.

[2]徐國忠.我國深部找礦鉆探技術探討[J].西部探礦工程，2012，10：149-151+154.

[3]劉氬鐳，白飛，宗暉.對我國深部找礦鉆探技術的探討[J].河南科技，2014，03：31.