谈深部探矿钻探特点及技术

吴 书 亮

(山西省地质勘查局二一二地质队，山西 长治 046000)



谈深部探矿钻探特点及技术

吴 书 亮

(山西省地质勘查局二一二地质队，山西 长治 046000)

阐述了深部探矿钻探的特点，分析了深部探矿钻探技术，包括提钻取芯、绳索取芯、液动锤钻探法、定向钻探法，并在此基础上对深部探矿钻探技术的发展趋势进行了展望，提出了几点推进钻探技术发展的建议，以提高我国矿产资源的开发效率。

矿产，深部探矿，钻探技术

我国的矿产资源极为丰富，各种矿产资源的分布也比较广泛，相关调查统计数据结果显示，现已探明的矿产资源约占总资源的33.33%左右，由此可见，在地质找矿方面的潜力仍然十分巨大。一直以来，我国在进行地质找矿时的勘探平均深度约为300 m～500 m，而国外一些发达国家的勘探平均深度在800 m以上，究其根本原因是我国在深部探矿钻探技术方面的研究起步较晚，很多技术都不够成熟，所以加大对深度探矿钻探技术的研究力度尤为必要。借此本文就深部探矿钻探特点及技术进行浅谈。

1 深部探矿钻探的特点

深部探矿属于一项比较繁琐的工作，其与露天和浅层探矿有着很大的差别，探矿过程中应用的钻探技术也相对比较复杂，大体上可将深部探矿钻探的特点归纳为以下几个方面：1)钻孔结构较为复杂多样。深部探矿由于需要深入到地层以下较深的位置处，在这一过程中，会遇到各种各样的地层结构类型，这就需要在钻孔时适当增大上部及开孔直径。随着孔径的增大，可能会引起孔壁坍塌等问题，从而影响钻探工作的顺利开展；2)影响护臂质量的因素多。通常情况下，绝大多数的深部矿藏都位于断层发育地带，在钻探的过程中常常会遇到破碎地层，若是操作不当便可能引起钻孔坍塌等问题，从而会严重影响护臂工作的有序进行；3)钻孔倾斜的预防比较困难。由于对深部矿藏进行钻探的过程中，会遇到多种层理和片理较为发育的地质，并且岩石本身具有非常明显的各向异性，这进一步增大了钻孔倾斜的预防难度，从而导致钻探时的孔斜问题屡屡发生；4)效率不高。因受上述各种因素的影响和制约，加之钻孔过程中需要对岩心进行打捞和提下钻，致使探矿的工作效率不高。

2 深部探矿钻探技术分析

2.1 提钻取芯

提钻取芯是深部探矿应用最早的一种方法，其无论是钻具结构还是钻探工艺都非常简单，根据钻具结构可将该方法分为以下两种：

1)单管取芯法。该方法是硬质合金及钢粒钻进最为常用的方法之一，其优点是钻具结构简单、便于加工。唯一的不足之处是仅适用于比较完整且稳定的地层；2)双管取芯法。该方法是在单管的基础上增加了一根内管，其能够对岩心起到较好的保护作用，有利于取芯质量的提高。

2.2 绳索取芯

绳索取芯又被称之为WL，采用该方法进行取芯时，可用绞车和钢丝绳将内管从钻孔中打捞出来，由此一来，无需提钻便可完成取芯。在钻进过程中，只要钻头可以正常进尺，便无需将整套钻具从孔内提出。该方法最为显著的特点是能够有效减少提下钻的次数和辅助时间，有利于钻探效率的提升，同时，还能降低钻头的损耗，可使其寿命大幅度延长。虽然这些优点对深部钻探极为有利，但是该方法也存在一定的不足之处，由于国产钻杆容易发生断杆问题，从而制约了钻探深度。国外针对这一问题，研制开发出了高强度钻杆，这使得该技术成为目前应用最广泛的深部钻探方法。

2.3 液动锤钻探法

液动锤钻探法是在回转钻探的基础上，利用泥浆泵对液动锤进行驱动，使其冲锤对钻头施加一定的冲击荷载，进而达到加快岩石破碎的目的，其优点是可显著提高硬质岩层的钻进效率，并有效减少孔斜和岩心堵塞，成本较低，综合效益良好。通过该方法能够有效解决硬质岩层及复杂岩层钻探效率不高的问题。

2.4 定向钻探法

定向钻探法是一种采用专用的钻探造斜工具，并根据预先设计好的轨迹，以人工的方式控制钻孔方向，使钻孔达到预定目标层的方法。该技术的核心是造斜工具、随钻测量设备和定向器。在深部探矿的过程中经常会遇到一些比较特殊的地层，这些地层会对钻探产生一定的制约作用，若是采用常规的钻探技术，则很难达到地质目的。此时，便可应用定向钻探法，这样不仅可以节省钻探工作量和成本，而且还能解决常规钻探方法无法实现的钻探任务。该技术具有以下优点：可提高钻探质量、节约钻探成本、减少报废工作量、加快钻进速度等等。

2.5 水泵泡沫增压法

泡沫钻进技术是一种能够有效解决低压漏失和水敏地层等钻探施工难题的方法。其主要是借助水泵泡沫增压装置将低压空气和泡沫液二次增压至水泵的额定压力，并混合产生泡沫，以此来实现钻探。泡沫本身属于一种比较特殊的冲洗类介质，它的特点是比重较小、排粉能力强，该方法的优点如下：岩心采取效率高、钻头使用寿命长、可以确保孔壁的稳定性、有利于降低钻探成本。唯一的不足之处是泡沫无法循环使用，会对环境造成一定的污染，不利于环保。

3 推进深部探矿钻探技术发展的建议

由上文分析可知，现有的深部探矿钻探技术既有优点也有不足，为了进一步推动我国深部探矿工程的发展，有必要加大钻探技术的研究力度，除了要对现有的技术进行不断改进和完善之外，还应研制开发一些新的钻探技术，以此来满足深部探矿工程的需要。针对目前深部探矿钻探技术的现状，提出以下几点建议。

3.1 加快新型钻机和钻具的研发速度

为满足深部探矿工程的要求，应当进一步加快新型钻机的研发速度，可将石油钻井界先进成熟的理念和技术引入到钻探技术当中，设计出一种能够适应不同岩心钻探的钻机。同时，可以将液压作为主要的动力源，开发地质岩心顶部驱动钻机。此外，可将新型钻具的研发重点放在高寿命金刚石钻头、高强度钻杆等方面上，以此来确保绳索取芯等钻探技术的安全性和经济性。

3.2 提升坑道钻探设备的性能

通过坑道钻探设备对地下数百米深的采区进行岩心钻探，能够揭露深部地层的性质，不仅可以显著降低钻探成本，而且还能提高钻探效率。但从目前国内使用的坑道钻探设备来看，其整体性能比较一般，所以，应当采取相应的技术措施逐步提升设备各方面的性能，进一步完善设备功能，在此基础上形成300 m～1 000 m深度范围内的完整产品体系，以此来满足深部探矿工程的要求。

3.3 加大对组合钻探技术的研究力度

为了充分发挥出钻探技术的优点，弥补其技术方面存在的不足，可将钻探技术进行组合使用，如WL与液动锤组合、定向钻探与WL组合等等。通过两种钻探技术的组合使用，可以使两者的优点在钻探过程中得以有效发挥，并且还能使各自的不足之处得到弥补，这样一来，既能够大幅度提高钻探效率，又能延长钻头使用寿命，还能显著节约钻探成本，可谓是一举多得。鉴于此，在未来一段时期，可将钻探技术的组合作为研究的重点内容，通过不同的尝试找出最优的组合方式，以此来推动我国深部探矿工程的发展。

4 结语

深部探矿是一项较为复杂且系统的工作，由于其中涉及的内容较多，一旦某个环节出现问题，都可能对探矿质量造成影响。大量的工程实践表明，想要有效提高深部探矿质量，就必须采取最为合理、可行的钻探技术，换言之，钻探技术是影响探矿质量的关键性因素。由于我国在深部探矿方面的研究起步较晚，相关的钻探技术尚不完善，所以，应当不断加大对深部探矿钻探技术的研究力度，除了要对现有的技术进行完善之外，还应研发一些新的技术和装备，以此来满足深部探矿工程的需要。

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Discussion on the drilling characteristics and technology of deep exploration

Wu Shuliang

(The212GeologicalTeam,ShanxiGeologicalExplorationBureau,Changzhi046000,China)

This paper introduced the characteristics of deep drilling exploration, analyzed the deep drilling exploration techniques, including drilling coring, rope coring, hydraulic hammer drilling method, directional drilling method, and based on the development trend of deep drilling exploration technology for the future, put forward several development proposals to push drilling technique, so as to improve the development efficiency of mineral resources in China.

mineral, deep drilling, exploration technology

1009-6825(2015)01-0088-02

2014-10-31

吴书亮(1971- )，男，助理工程师

TU412

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