■王胜

（广东省有色地质勘查院 广东广州 510000）

深部钻探技术研究

■王胜

（广东省有色地质勘查院 广东广州 510000）

主要以深部地质找矿工程中的深部钻探技术作为研究对象，较为全面地论述了深部钻探技术及其应用。深部钻探技术是实现深部地质找矿的主要技术手段，在我国矿产资源日益紧张，地质灾害频发，以及深部探测计划的逐步实施的大背景下，开展对深部钻探技术的研究是十分必要的。随着找矿深度的不断加大，深部钻探技术在地质找矿中必将发挥越来越重要的作用。

深部钻探技术深部地质找矿

近年来，随着我国矿产资源的日益紧张，地质灾害频发，以及我国深部探测计划的逐步实施，深部地质资源的勘探及地质研究工作显得越来越重要，国家在深部地质找矿方面投入巨资，并加快了大陆科学钻探工程的实施。事实上，我国矿产资源分布广泛，但目前我国矿产资源探明程度仅为全部矿产资源量的1/3左右，在地质找矿方面还有相当大的潜力。据统计，在我国地质找矿勘查工作的平均深度范围为300~500m，而在西方发达国家的勘查深度平均在800m左右[1]。深部钻探作为实现深部地质找矿的主要技术手段，对其展开研究是极其必要的。

1 钻探技术在深部地质找矿工作中的重要性

众所周知，经济要发展，地质须先行。地质工作是经济和社会发展的先行性基础工作，地质找矿直接为经济和社会发展提供资源保障及物质基础，随着我国经济和社会的高速发展，工业化及城镇化节奏加快，因此对地下资源的消耗与需求呈逐年增加的趋势，矿产资源紧缺的供需矛盾日益凸显，该问题已成为制约我国经济建设及发展的“瓶颈”，加强地质工作，保证矿产资源的供给是我国当前及今后经济建设的一项重要任务[2]。据统计，在我国多数矿山的勘查深度一般为500m以浅，而大部分经济较发达地区的浅部矿产资源已被探明、开采而濒临枯竭。据可靠资料表明，我国很多危机矿山的深部及外围存在着许多未经充分勘查的成矿远景区，危机矿山接替资源找矿试点项目取得阶段性成果和最新的成矿理论也表明在我国大陆深部蕴藏着丰富的矿产资源，找矿潜力巨大。地质找矿工作离不开钻探，钻探工程是矿产勘查的重要技术方法之一，从目前国内、外深部地质勘探技术发展现状来看，还没有一种地质探测技术能够完全取代钻探技术，要想准确确定地下矿产资源的赋存情况就必须要进行钻探取心（样），钻探工程是矿产勘查的重要技术方法之一，它是能够直接从地下岩层获取岩心实物样品的唯一手段，只有取到岩心的实物样品才能验证矿藏的存在，也只有通过大量的钻探工作量才能获得可靠的矿产储量信息，可以说钻探工作的成功与否在一定程度上将直接决定着地质找矿的成败，通过对深部找矿钻探技术进行深入的研究可为深部找矿提供有力、可靠的技术保障。

2 深部地质找矿工作中的钻探技术面临的客观困难

深部钻探并不是浅孔钻探的简单延伸或长度的放大，深部钻探有着浅孔施工所不具备的许多困难，具体表现为：（1）钻遇复杂地层多。深部地质构造复杂程度高，所钻穿的岩石层位较多，钻遇坚硬、破碎、风化、松散、软弱、水敏、漏失等复杂地层的概率较大，甚至钻遇多种复杂地层交替或同时存在着，相应的解决技术措施复杂；（2）易孔斜，钻孔偏斜距离大；（3）岩石样品采取困难。深部地质作用力大、复杂层位多且岩石取样难问题尤为突显；（4）钻探施工成本高。深孔钻探所需设备大，能耗高，钻遇的复杂地层较多，技术处理费用高，对钻探工艺技术的要求较特殊，钻探作业时的负荷大，孔内易发生事故且事故处理难度大、耗费高，导致蒙受巨大损失，因此有效防止孔内事故的发生是深部钻探施工作业中的首要事项，此外深部钻探的辅助时间多，纯钻进时间相对较少，材料消耗大，维修停产等待多，设备笨重搬迁困难，生产效率呈指数降低，而成本呈指数增加，需要成倍的经济投入作为支撑[3]。

3 深部地质找矿工作中的钻探方法

深部地质找矿工作中的钻探方法主要有八种：（1）提钻取心钻探方法。按取心钻具结构可分为单管取心和双管取心两种形式；按钻进时内管是否转动可分为单动双管和双动双管；（2）WL钻探方法。该方法主要是金刚石WL钻进方法，可大大减少起下钻次数，有效减少辅助时间，提高纯钻进时间利用率，也就提高了钻探作业效率，钻孔越深效果越明显；（3）液动锤提钻取心钻探方法。该方法能够大幅提高硬岩钻进时效，有效减少孔斜及岩心堵塞，提高钻头使用寿命，降低钻探成本，提高综合效益；（4）液动锤WL钻探方法。该方法是将液动锤与金刚石WL钻探方法相结合，可充分发挥液动锤钻进时有效减少岩心堵塞及WL钻进时提钻次数少、缩短辅助时间的优势，能够有效提高机械钻速、回次进尺与钻头寿命并减轻孔斜；（5）不提钻换钻头方法。该法可大大缩短辅助时间，减少了起下钻产生的压力激动，有利于保护孔壁。研究表明，上述的五种深部钻探方法中，液动锤WL钻探取心方法效率最高，对于深孔钻探非常有利；WL方法效率次之，较适合深孔钻探；而提钻取心方法效率最低，最不适宜于深孔钻探。（6）受控定向钻探方法。该法能确保钻探作业质量，解决常规钻探很难解决或无法解决的施工难题，能够节约许多钻探工作量，避免或减少因各种原因造成的钻孔报废工作量，此外该法还能使复杂孔内事故简单化，节约钻探成本，加快钻探进程。（7）气动锤RC钻探方法。该法常用于深部地质找矿工作中钻孔上部中硬以上基岩地层，其钻探效率高，成本低，但由于受到空压机和双壁钻杆额定压力的限制，使得其只适用于深部钻探的上部孔段施工。（8）水泵泡沫增压钻探方法。该法是解决低压漏失，水敏性地层，缺水干旱、沙漠地带以及寒冷、永冻层钻探施工难题的有效技术手段[1,4,5]。

4 深部地质找矿工作中的钻探技术展望

深部地质找矿工作中的钻探技术面临复杂的孔内环境条件，因此需要不断总结提高生产技术水平、完善操作规程，应制定或研究相应的科学合理的施工工艺，努力提升深部地质找矿中的钻探技术水平[6]。具体包括：（1）合理选择设计钻孔轨迹及钻孔结构，合理进行钻具组合，尽可能降低冲洗液沿程压力损失；（2）研制新型有效的护壁堵漏材料，冲洗液类型采用耐高温，剪切稀释性能好，润滑性能好，护壁稳定性好，携带岩屑能力强的无固相或低固相冲洗液；（3）研究深部钻探时的导向钻进弯曲强度或曲率规律，尽量做到曲率可控，研究钻杆柱的抗弯强度及保证相关测量仪器的顺畅通过对导斜弯曲强度或曲率的限制，探索弯曲钻孔柔杆钻进技术；（4）研究包括常规钻进与定向钻进等方面的钻进工艺，尽可能有效避免修孔卡钻、修孔劈直等事故的发生，重点研究的钻进技术有液动孔底螺杆马达受控定向钻探技术、复杂地层跟管钻进技术、液/气动潜孔锤钻进技术、空气反循环中心连续取心钻进方法以及液动冲击锤绳索取心钻探等；（5）研究分支孔钻进施工工艺，包括侧钻分叉、套管开窗、辅助导斜器具安放打捞等一系列工序问题，研制专用辅助导斜器具及安放打捞工具；（6）改进钻机结构，实现回转独立制动功能，以解决因钻机功能缺陷及定向钻进防转制动工序复杂而造成的操作失误带来的导向偏差问题，此外全液压动力头式岩心钻机应是深部地质找矿钻探装备今后的发展方向。

5 结语

在当今我国矿产资源消耗加剧，矿产资源紧缺的供需矛盾日益凸显，地质灾害频发，以及深部探测计划的逐步实施的大背景下，深部地质资源的勘探及地质研究工作显得越来越重要，因此对于深部钻探技术的研究及发展就显得极为重要。深部钻探技术是发展我国深部地质找矿与深部探测计划的主要技术手段，其客观难度大，需要各方面高度重视并进行深入研究，依靠国家及企业等多方面的资金投入进行扶持，大力开展深部钻探技术的研发工作，制定科学、专业的标准和规范，努力早日实现“理论上水平，装备上台阶，技术大飞跃”的三步走战略。

[1]孙丙伦.深部找矿组合钻探技术研究 [D].长春：吉林大学，2009.

[2]张林霞，李艺，周红军.我国地质找矿钻探技术装备现状及发展趋势分析 [J].探矿工程，2012,39（2）：1-8.

[3]黄才启，刘良根.深部矿产勘探与受控定向钻进技术方法思考 [J].探矿工程，2009（增刊）：122-124.

[4]李世忠.钻探工艺学 [M].北京：地质出版社，1989.

[5]张祖培，殷琨，蒋荣庆，等.岩土钻掘工程新技术 [M].北京：地质出版社，2003.

[6]张金昌.深部找矿关键钻探技术问题与对策 [J].探矿工程，2011，38（11）：1-6.

P62[文献码]B

1000-405X（2015）-10-376-2

王胜（1986～），男，学士，助理工程师，研究方向为钻探技术及地质勘查。