探矿工程新技术研究与思考

夏远盛

（辽宁陆海基础工程有限公司，辽宁 大连116000）

随着国家经济的飞速发展，矿产资源的供给和保障问题已成为制约国家建设和国民经济发展的瓶颈。全国大多数经济较发达地区的浅部矿产资源已被探明、开采而趋于枯竭。现有的1600 多个大中型矿山企业几乎都面临资源危机， 有相当一部分矿山企业生产到了中晚期，保有储量锐减，一些老矿山经过几十年乃至上百年的开采已经到了枯竭阶段。 资料表明:我国多数矿山的勘查深度一般在500m 以浅，而相当一部分危机矿山的深部和外围存在着许多未经充分勘查的成矿远景区，深部找矿潜力巨大。 国内外经验表明，进行深部找矿，在地质测量、物化探圈定矿床勘查靶区后，最关键的技术就是用钻探取出实物样，经观察、研究、分析、计算后确定其产状、成分、储量、埋藏空间、开采条件等技术经济数据，做出开采利用的正确评价。因此，钻探工作的成功与否直接关系着地质找矿的成败，而在深部地质找矿中，钻探技术起着最终决定性、不可替代的关键作用。

1 我国深部找矿钻探技术的发展现状

我国于20 世纪70 年代中期开始研究并在地质找矿中推广应用金刚石WL 钻进技术，总钻探工作量达400×10-m，钻进速度和台月效率大幅度提高，在地质找矿中发挥了重要作用，获得了国家科技进步一等奖。但近20 余年来，由于矿产勘探工作量锐减及钻探施工单位向建筑基础领域的转产，金刚石WL 钻探技术的应用也明显减少，该项技术与WL 相关钻具的发展比较缓慢。在应用广度和深度上与国外先进国家相比存在较大差距，特别是WIJ 钻探用钻杆的使用寿命、可靠性、钻进效率和钻进孔深等多项指标落后于美、德、日等发达国家，利用Wl 二钻探技术完成的岩芯钻探工作量仍不足全部固体矿产岩芯钻探工作量的1/3。

在钻探技术方法方面，我国开展了很多研究工作，取得了大量研究成果。

1.1 液动锤钻进技术

从1958 年底开始进行研究，到20 世纪80 年代末，我国的液动锤研究进人鼎盛时期。 液动锤累计钻探进尺超过了百万米，取得了良好的技术、经济效果，粗略统计可提高钻进效率30%-50%以上，同时还可明显提高钻孔质量和岩芯采取率、延长回次进尺、降低材料消耗。进人20 世纪90 年代，对该项技术的研究应用也转向对油田、水文水井和工程施工用大口径液动锤的研究。研究重点是对提高液动锤的单次冲击功和能量利用率方面进行深人研究， 研制成功ZC-800、YYQ-178、Q-150、SYC-178、YS-219 等型号以及YZX 系列的液动锤。 直到1997 年，中国地调局勘探技术研究所研制了一种新型的液动锤，液动锤静密封的耐高温性能、可靠性以及对深孔背压适应性都有了改善和提高。 他们研制的YZX127 液动锤被连续钻进了近500 个回次，在较为复杂的泥浆环境中创造了单井总进尺3485.71m、 最大应用深度达5118.Zm 的世界纪录。 液动锤钻进技术在大陆科学钻探工程中的成功应用，在推动了我国钻探技术水平的进步、拓宽应用领域起到了非常重要的作用，得到众多国外同行的高度评价。但是，对深孔条件下液动锤工作性能的理论分析研究尚待进一步深人。特别是在普通钻探生产条件下， 由于泥浆固控系统还停留在传统的岩粉自然沉淀的水平，钻进过程中泥浆固相含量较高，导致液动锤内部零件频繁卡死，工作寿命大幅度降低，从而导致提钻频繁。在推广过程中，液动锤钻进的优点虽为大家所认识和接受，但是实际应用还较少。

1.2 受控定向钻探技术(简称定向钻探)

我国自20 世纪80 年代开始，开展了固体矿产定向钻探技术的研究。 原地矿部把“定向钻探技术研究”列为“六五”重点科技攻关项目，重点开展了“定向孔连续造斜器及配套工具与施工工艺研究”和“螺杆钻随钻测量定向钻探配套器具及施工工艺研究”。 前者在研制成功LZ-73 造斜器的基础上， 又先后研制了LZ-54、LZ-89 造斜器及SQ-73 随钻取芯造斜器等； 后者成功研制了与WL 钻杆配套使用的DG-38 型定向仪、 与普通Φ50mm 钻杆配套使用的DX 一38 型定向仪和YS-l 型、25-1 型、GSX-40 型随钻定向监测仪以及其它配套机具与钻进工艺，研究工作均获得成功，相继获得原地矿部科技成果一等奖。该成果已在国内多个固体矿床勘查中推广使用。 此后，随地质勘探工作量的锐减，该项技术在地质勘探领域处于停滞状态。不过，同时在石油探采和钾盐、钠盐探采领域得到进一步研究和发展，已形成较完善的水平井、对接井技术。

1.3 气动锤RC 钻探技术

该项技术主要有两种类型。 一种是由带RC 取芯(样)钻头的贯通式气动锤+双臂钻杆来实现，即贯通式RC 钻探技术；另一种是由普通气动锤+交叉通道接头+双臂钻杆实现，即RC 或CSR 钻探技术。 我国自20 世纪80 年代开始对该技术进行研究。前者主要有原长春地质学院进行研究， 并相继研发了GQ 系列贯通式潜孔锤和相应的RC 取芯(样)钻头等，特别对RC 取芯(样)钻头的RC 机理和引射器原理及内部流场等方面做了大量研究工作，并取得了多项研究成果。 后者主要由勘探技术研究所等单位进行研究，1987 年引进加拿大钻机进行CSR钻探试验；另外还相继开发了专用设备、不同规格的双壁钻杆以及辅助器具等，并在个别矿区进行应用。 只有当矿区地层特别复杂无法成孔取芯时才进行试验应用。 如新疆白干湖钨锡矿、河南柒川县三道庄钥矿、 河南篙县金矿等复杂地层地质勘探中均采用了贯通式气动锤RC 钻探技术。

2 探矿工程的深部找矿技术存在的主要问题

作为新型的探矿技术，深孔钻探面临很大的风险和挑战，除钻遇的地层类型多、复杂多变等客观因素外，在深孔钻探设备、钻探方法和工艺方面存在以下主要问题。

2.1 钻探设备落后，无法满足深部钻探需要

我国目前采用的钻机大多还是20 世纪70 年代研制的立轴钻机，几年前钻进能力最深为1500m，近几年才研制了2000m 钻机和3000m样机。 该类钻机从小(型)到大(型)结构、性能基本一致，其给进行程短、启动不平稳、加接钻杆慢等特点不利于深孔钻探。动力头钻机的研发、生产还刚刚开始，已投人使用的钻机其钻探施工能力不强，最大也只有1500m(2000-2500m 的正在研发)，不能满足1500m 以深的钻探需要。

2.2 钻杆材质较差

性能不能支持深部钻探过去大量采用的WL 钻杆只适用于1000m 左右的钻孔。 近几年不少厂家生产的加强型(加重型)钻杆虽已突破2000m，但对更深钻孔能否适用依据不足。

2.3 钻探技术方法相对落后，仍然有待不断完善

作为世界上应用最多、地质效果最佳的金刚石WL 钻探技术无疑还是目前深孔钻探的首选技术方法，但由于我国的金刚石钻头在硬岩钻进中的寿命不高，随着孔深的增加，使WL 钻探不提钻取芯的优势大打折扣，将会影响深孔钻探的效率。

2.4 冲洗液性能不佳

无法满足深孔钻探的需要深孔钻探要求冲洗液应具有很好的护壁性、润滑性和流变性，以保护孔壁稳定、减摩降阻和减少环空压力。目前生产现场常用的低固相和无固相冲洗液还不能很好地满足要求，尤其是在复杂地层，还需要采用具备相应性能的冲洗液。

3 结束语

深部找矿在我国是一个新问题、新领域。 是我国探矿工程中的新技术，需要我们共同研究，以促进技术不断成熟进步。

［1］良模.山东深孔钻探取得显著成绩[J].探矿工程·岩土钻掘工程，1990(6):16－18.

［2］王达.探矿工程(地质工程)未来20 年科技发展战略研究[Z].2004.

［3］地质矿产部科学技术司.探矿工程科技进步100 例[M].北京：地震出版社，1998.

［4］刘广志.超深井钻探意义、作用与现状综述[J].国外地质勘探技术，1987：8－9.