深部找礦關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題與對策

張海瑞，田 野

（江西有色地質(zhì)勘查四隊，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鉆井勘探技術(shù)也得到了提高。然而，隨著地質(zhì)勘探的深入，傳統(tǒng)的鉆探方法已不能滿足勘探的現(xiàn)實(shí)需要，找礦問題變得更加復(fù)雜，這嚴(yán)重阻礙了深部勘探找礦的有序推進(jìn)。在此背景下，有必要針對新出現(xiàn)的問題提出對應(yīng)的解決方案，以更好地促進(jìn)深部找礦中的鉆探技術(shù)水平的提高。

1 我國深部找礦技術(shù)現(xiàn)狀分析

中國的礦產(chǎn)資源雖然豐富，但仍有許多尚未勘探的資源。中國已探明的自然資源與發(fā)達(dá)國家相比存在較大差距，勘探深度與發(fā)達(dá)國家相差甚遠(yuǎn)。盡管中國近年來積極開發(fā)深部勘探找礦技術(shù)，但仍處于發(fā)展初期，因此存在許多技術(shù)問題需要解決。鉆探是深部找礦的重要因素，使用鉆探技術(shù)，可以確定礦床的質(zhì)量、儲量和深度。開采效率低、設(shè)備落后、機(jī)械化程度低是我國在深部找礦和鉆探技術(shù)領(lǐng)域面臨的一些挑戰(zhàn)[1]。由于這些問題，我國深部找礦技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)健康發(fā)展。深度找礦深度可達(dá)1500m甚至2000m。這種深度需要更高的成本、安全性和更高的鉆孔速度，并且對工程機(jī)械和技術(shù)也提出了更高的要求。

2 鉆探技術(shù)概述

鉆探技術(shù)是礦產(chǎn)勘探中應(yīng)用廣泛的技術(shù)，主要使用石油鉆井平臺等地下礦產(chǎn)勘探設(shè)備。自應(yīng)用以來，鉆探技術(shù)的應(yīng)用為我國礦產(chǎn)勘探事業(yè)的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)[2]。然而，在深部勘探找礦的背景下，傳統(tǒng)鉆探技術(shù)的應(yīng)用還沒有達(dá)到預(yù)計水平。與此同時，鉆探技術(shù)開始關(guān)注實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題，可以說技術(shù)的發(fā)展并不健康。為進(jìn)一步提高深部勘探找礦技術(shù)的效率和效果，提高鉆探技術(shù)水平是相關(guān)部門和人員應(yīng)密切關(guān)注的問題。

3 深部找礦關(guān)鍵鉆探技術(shù)面臨的問題

3.1 設(shè)備問題

鉆探關(guān)鍵技術(shù)在深部勘探找礦中的作用必須通過合適的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，其中鉆機(jī)和鉆桿是相對重要的設(shè)備。設(shè)備功能影響搜索效果，在礦產(chǎn)搜索工作中，參數(shù)的每一個微小變化都會對結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。使用鉆探技術(shù)時，鉆孔的大小和深度必須控制在相應(yīng)范圍，即滿足深部勘探找礦的要求，同時能夠與其他設(shè)備配合[3]。此外，還必須考慮鉆桿材料的選擇。不同材料制成的鉆桿具有不同的強(qiáng)度和抗壓度。為了保證鉆孔過程的有序進(jìn)行，有必要增加鉆桿的強(qiáng)度和密實(shí)度，否則勘探找礦工作不僅無法完成，甚至?xí)斐蓢?yán)重事故。

3.2 地質(zhì)問題

我國礦產(chǎn)勘探地質(zhì)條件因地區(qū)而異，深部找礦關(guān)鍵鉆探技術(shù)難以應(yīng)用于實(shí)際深部勘探。巖層、蝕變帶和破碎坍塌帶對鉆探技術(shù)的應(yīng)用影響最大。硬巖層的關(guān)鍵特性是硬度高。在鉆探過程中，硬度高的巖石在鉆孔過程中會造成打滑，從而影響勘探效果。改變鉆頭的材質(zhì)和硬度可以實(shí)現(xiàn)克服打滑問題，但也會增加鉆頭的磨損性。頻繁的變更鉆頭不僅影響施工進(jìn)度，還會增加成本的不必要損失，因此必須針對這個問題作出調(diào)整。斷層的蝕變帶和破碎坍塌帶也代表著特殊的地質(zhì)構(gòu)造，在這種地質(zhì)條件下使用鉆探技術(shù)會導(dǎo)致地下埋鉆等問題，主要是由于這些地質(zhì)條件的不穩(wěn)定性[4]。解決這些問題的關(guān)鍵手段應(yīng)著眼于提升技術(shù)水平，這是保證勘探找礦工作效率和凈利潤的重要方法。

4 提高深部找礦關(guān)鍵鉆探技術(shù)水平的對策

4.1 采用先進(jìn)技術(shù)裝備

提高深鉆水平，采用國內(nèi)外最先進(jìn)的鉆探技術(shù)和設(shè)備，使用最新的動力輔助鉆機(jī)更換舊鉆機(jī)。目前，國外最新的深鉆設(shè)備為桅桿式全液壓動力頭鉆機(jī)，具有效率高、成本低、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。它的主要缺點(diǎn)是鉆探時容易限制桅桿的長度。 桅桿高度不宜超過7m，即使桅桿加長也不宜超過10m。

采用液壓頭鉆機(jī)與立軸鉆組合設(shè)備，鉆深2700m時回退5m，電動頭鉆工作時間10小時，立軸式鉆頭工作時間70小時，鉆機(jī)工作周期可延長至15小時，立軸式鉆機(jī)可增加至75小時。還要注意倒桿運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置，以確保正常運(yùn)行。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，液壓動力鉗擰卸鉆桿和手動方法相比效率更高，最多可節(jié)省三分之一的時間。因此，只有鉆機(jī)功率適配才能提高鉆探效率，在選擇泥漿泵類型時必須考慮鉆井深度和流量，同時鉆探設(shè)備必須齊全、科學(xué)、充足。另外，根據(jù)鉆具的類型選擇鉆塔的類型。

4.2 重視鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計是保證安全高效施工的關(guān)鍵

必須仔細(xì)計劃和證明深規(guī)劃鉆，以確保施工成功完成。結(jié)構(gòu)施工首先要解決的任務(wù)是確定井的地質(zhì)。在規(guī)劃鉆孔結(jié)構(gòu)時，首先要確保鉆孔直徑合適，并盡可能控制鉆孔結(jié)構(gòu)的成本。1970年，金剛石鉆孔技術(shù)在中國開始推行，當(dāng)時的鉆孔直徑通常為46mm。80年代以后，隨著國內(nèi)鉆探向金屬礦山勘探方向發(fā)展，對鉆探地質(zhì)條件的要求越來越高，繩索取心鉆探技術(shù)成為當(dāng)時的熱門技術(shù)[5]?？讖酵ǔ?0mm。在某些特殊情況下，需要75mm的孔。新世紀(jì)以后，孔徑多為75mm，大大增加了鉆孔成本。

表1為根據(jù)我國的地質(zhì)鉆探規(guī)范中繩索取芯鉆探的公稱口徑數(shù)據(jù)，符合國內(nèi)傳統(tǒng)鉆探行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。例如，直徑為1000m～2000m的鉆孔通常需要3～4層套管。在復(fù)雜地質(zhì)中，套管的數(shù)量應(yīng)增加到5個。如果鉆孔直徑減小到60mm，可以相應(yīng)減少中間管的數(shù)量，顯著降低鉆井成本。

表1 規(guī)格代號及對應(yīng)的公稱口徑（單位：mm ）

4.3 普及推廣和科學(xué)使用先進(jìn)的鉆探器具

交替更換鉆柱上、下方鉆桿。在正常情況下，鉆桿使用時，上鉆桿承載能力高，更易磨損，上下鉆桿交替使用載荷可以均勻分布，有效延長鉆桿壽命。同時，定期檢查鉆桿及損壞部位，定期潤滑鉆桿，在消除鉆具的配合誤差時，要根據(jù)具體的誤差情況制定科學(xué)的解決對策，不能強(qiáng)行應(yīng)用鉆桿。鉆探至2000m以上深度時，應(yīng)采用以下方法：使用高強(qiáng)度帶繩鉆桿、鉆具和組合鉆桿，對不同強(qiáng)度和壁厚的鉆桿以及各種直徑的塔式鉆桿進(jìn)行組合?；蛘?，繩索取心技術(shù)可用于提高鉆井效率。圖1顯示了不同鉆井方法所需的時間。

圖1 不同鉆進(jìn)方法施工不同鉆孔的時間分析

4.4 做好地質(zhì)勘探工作

為避免找礦工作中因地質(zhì)問題造成損失，勘探工作必須在正式開工前完成。 勘探時，必須了解并詳細(xì)記錄當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和水文情況，以便在勘探過程中加以利用。如果當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件表明存在巖斷層、溶洞以及破碎坍塌帶等，必須采取適當(dāng)措施，以免造成嚴(yán)重破壞。為了有效實(shí)現(xiàn)勘探找礦目標(biāo)，技術(shù)水平的提高是根本保障。為了顯著提高鉆探工作的效率，需要配備合適的技術(shù)人員進(jìn)一步研究鉆探技術(shù)，制定解決相應(yīng)問題的措施。

5 結(jié)論

綜上所述，隨著深鉆策略的發(fā)展，對深鉆技術(shù)的需求持續(xù)增長，這是深鉆技術(shù)面臨的更嚴(yán)重的問題。與此同時，鉆探技術(shù)和鉆井裝備發(fā)展迅速，許多新技術(shù)、新裝備為深鉆提供了堅實(shí)的支撐。當(dāng)前，需要加快高科技鉆探技術(shù)和設(shè)備的普及，以最大限度地提高其使用效率。同時加強(qiáng)鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計，優(yōu)化和改進(jìn)施工管理。隨著技術(shù)的發(fā)展和鉆探重要性的日益提高，深部鉆探技術(shù)將迅速發(fā)展并取得巨大成功，將越來越多地支持國民經(jīng)濟(jì)和相關(guān)部門的健康發(fā)展。