对我国深部找矿钻探技术的探讨

2014-04-06刘氩镭白飞宗晖

河南科技 2014年2期

关键词：护壁钻头气动

刘氩镭白飞宗晖

(河南省煤田地质局三队，河南新乡 453000）

对我国深部找矿钻探技术的探讨

刘氩镭白飞宗晖

(河南省煤田地质局三队，河南新乡 453000）

矿产资源是支撑工业发展以及实现工业现代化的重要资源，只有不断开发矿产资源，才能为工业及经济发展提供必要的物质基础。为了加快我国的深部找矿进程，本文分析了深部找矿面临的难题及其钻探工艺特征，并在此基础上对我国的深部找矿钻探技术进行了探讨，具体包括泡沫钻进技术、气动锤钻进技术、定向钻探技术以及液动锤钻探技术。

钻探技术；深部找矿；我国

1 深部找矿面临的难题及其钻探工艺特征

深部找矿不同于露天及浅部找矿，所采用的钻探技术较为复杂，就一般情况而言，深部找矿面临的难题及其钻探工艺特征主要包括以下几种：（1）钻孔结构相对复杂。在进行深部找矿的过程中，通常会遇到多种地层类型，所以在钻探时会适当加大上部孔径以及开孔直径；但从另一方面来看，增大孔径容易导致孔壁坍塌问题，所以在实际钻探中要尽可能将孔径级数减少。（2）难以有效开展护壁工作。深部矿藏所在的区域多为断层发育地带，在钻探时容易遇到破碎地层，一旦操作不慎将会导致钻孔出现掉块及坍塌等问题，对护壁工作造成严重影响。（3）难以有效防斜治斜。在钻探深部矿藏时通常会遇到多种片理及层理发育地质，且岩石具有明显的各向异性，因此难以有效预防钻孔倾斜。（4）钻探工作的效率相对较低。由于受到钻孔结构以及护壁等多种因素的影响，且需要进行打捞岩心以及提下钻等多种工作，所以深部钻探的工作效率相对较低。

2 我国深部找矿钻探技术分析

2.1 泡沫钻进技术

将泡沫钻进技术应用于深部找矿工作当中，能够有效克服地质条件复杂所造成的钻探难题，因此该技术受到关注的程度越来越高。在钻探施工的过程中，采用了泡沫流充当循环介质，由于泡沫流具有均匀稳定的特点，可以避免高密度流体对钻探工作造成的阻碍，所以能够应用于干旱缺水区，如沙漠以及高原等地区的深部找矿工作。另外，泡沫上返的速度较慢，且不会对钻孔孔壁造成强烈的冲击，因此可以有效避免孔壁坍塌等问题的发生[3]。我国应用该项钻探技术的时间为上个世纪八十年代中期，使用的泡沫剂包括TAS以及F873等，目前已经研制出了许多新型泡沫剂，如ADF-1、DF-1以及CD-1等。为了适应不同地质条件的深部找矿工作，我国还专门制定了泡沫钻进规程以及钻探测试装置，如增压灌注系统等。

2.2 气动锤钻进技术

在进行深部钻探工作时，利用气动锤钻进技术能够有效防止钻孔堵塞等问题。根据钻探工艺的不同，可以将气动锤技术分为两种类型，即CSR技术与贯通式钻进技术。前者实现钻进的方式为综合利用双臂钻杆、通道接头以及气动锤，后者则是利用双臂钻杆、贯通式RC气动锤来实现钻进。我国引进气动锤钻进技术的时间为上世纪八十年代初期，目前已经研制出了GQ系列气动锤，此类气动锤能够根据深部矿藏地区的内部流场自动调整钻进速度，在深部找矿工作中能够发挥重要作用。由于使用气动锤钻进技术进行找矿的过程中只能对岩屑进行评价，而无法有效评价柱状岩芯，因此该项技术在实用性方面还得不到充分的认可，一般被应用于无法有效成孔取芯及地质环境复杂的深部找矿工作当中。

2.3 定向钻探技术

定向钻探技术也是我国深部找矿工作中常用的一种钻探技术，应用该技术进行找矿时，主要的施工步骤为造斜，即利用造斜工具或钻孔弯曲规律对钻孔施加一定的压力，从而使钻孔按照设计轨迹不断延伸的钻探工艺。目前我国常用的造斜工具包括与孔底动力设备相互配合的造斜机械、连续造斜设备以及偏心楔等。在定向钻探施工中除了需要利用造斜工具之外，还需要使用定向器具、随钻测量系统以及造斜钻头。定向器具的作用主要为避免造斜工具出现偏差，目前常用的定向法包括间接定向与直接定向两种。间接定向指的是从倾斜平面对钻孔进行定向，间接法常被应用于顶角在3°以上的钻孔，使用的定向器具型号包括GZ-18、DD-1以及BD-14。直接定向指的是直接将钻杆作为定向的工具，直接法适用于顶角在3°以下的钻孔钻探施工中。随钻测量的具体观测指标包括钻头具体空间位置，钻具方位角以及顶角，测量系统中包括读出显示、传导系统、传感器以及智能处理器等，目前我国采用的随钻测量系统包括YS-1系统、ZS-1系统。在造斜钻头方面，我国常用的钻头包括盘式钻头及牛鼻式钻头，在实际钻探施工中通常不取岩心。

2.4 液动锤钻探技术

液动锤钻探技术指的是在利用液动锤施加冲击能量，使钻头通过冲击负荷完成钻探工作的一种施工工艺。在应用液动锤钻探技术进行深部找矿时，通常在钻头与岩心管之间安装液动锤，以提高钻进效率。液动锤钻探技术除了在深部找矿领域被使用之外，在我国的石油钻井以及水井钻探工作中也得到了广泛应用。为了使液动锤的能量得到充分的利用以及提高冲击所产生的有用功，我国已经研制出了一系列的高效液动锤，如YS-19型、SYC-178型以及Q-150型等。另外，国产的YZXl27型液动锤具有良好的性能，可以连续钻进的次数约为500次，且在泥浆环境及其他复杂地质环境中也能够发挥重要作用，最大钻进深度已达5 118．2m。KS-157型液动锤则在减轻孔斜、预防岩芯堵塞以及延长进尺方面具有优势。