关于危矿深孔岩心钻探工艺技术的应用研究

李宝根 叶光明

关于危矿深孔岩心钻探工艺技术的应用研究

李宝根 叶光明

（赣东北地质队）

随着我国社会经济的快速发展，对能源的需求日趋强烈，而矿产资源急缺以成了限制经济发展的重要因素。因此，加强地质勘探是保证我国矿产资源供给的一项重要经济建设任务。在矿产的勘探工作中，钻探是一项重要的技术，同时也是获得地下岩层样本实物的唯一技术手段，随着钻探深度的不断深入，对钻探的技术设备与工艺技术便有了更高的要求。由此，本文通过对在钻探装置技术工艺的发展现状与现存问题为切入点，浅要分析关于危矿深孔岩心钻探工艺技术的应用与研究。

危矿深孔；岩心钻探；钻探装置；工艺技术

前言

随着经济规模的不断扩大，人口的持续增长，近年来对矿产的开采量逐年增多，地表矿、浅部矿日益减少，重要资源的可采储量也随之下降。与此同时，矿业开采技术的进步与矿产品价格的不断增长使得固体矿产勘探力度与开采深度越来越大，深孔也就越来越多。同时，我国面临资源枯竭的矿山比例高达40%，直接影响着我国经济社会的可持续发展，需要在有资源潜力和市场需求的大矿山周边或内部开展勘探工作以延长矿山服务年限，在危机矿山与岩心钻探的实施过程中，深孔岩心钻探技术有了较大的进步，工艺水平逐渐提高。

1 深孔岩心钻探技术概述与深孔岩心钻探装备的要求

1.1 深孔岩心钻探技术

与普通的岩心钻探相比，深孔岩心钻探深度、直径大、工程消耗时间长、成本高、属于一种难度较高的钻探工程。因此，必须高度重视深孔岩心钻探的作业问题，在保证生命财产安全的前提下不断总结经验、积极投身到相关技术的实验中去，争取在深孔岩心钻探领域取得新的突破。

深孔岩心钻探受地层应力、低层孔隙压力、地层坍塌压力等因素的综合影响，容易导致安全事故，需要掌握地质结构、岩石成分等条件，结合众多因素进行考虑，再对钻探工艺进行探讨，比较不同工艺见的优缺点，选择在保证安全的第一前提下矿产量最高的方案实施，以避免深层钻探过程中出现各种危及生命财产安全的隐患与事故。

1.2 深孔岩心钻探装备的要求

根据钻孔深度标准化的分级，深孔是1000～3000m，超过3000m上限的是特深孔，1000～2000m的深恐岩心钻探技术仍处于发展阶段。

随着钻探深度的加深，需要增加钻杆的长度与自重，使得重量和长度在空间拓展到一定会模式发生质变。由此，根据中浅孔、深孔的不同特点，对钻探设备、钻探工艺、成本以及操作等有着不同需求。

1.2.1 深孔钻探的能力

若想要提高深恐钻探的能力，需要从钻杆自重、钻深孔引起的钻杆和孔壁摩擦力等对钻深能力有影响的方面入手，效果更明显的是中浅孔，钻探装置高压泥浆泵与主机具备高传动与动力机功率，因此，钻杆钻具自重应通过刚度与硬度的调节来决定，同时改变钻杆接头的强度与组合形式。

1.2.2 钻探工作效率

钻孔深度与机台运行费用成正比关系，也就是说，钻孔深度越深，机台运行的费用也就越高。其中中浅孔钻探更注重钻探效率。钻探深度与钻数逐渐增加时，钻杆立、单根等对作业起到辅助作用的作业次数与时长也会增加，由于深孔钻探作业条件复杂，地层与孔内环境复杂，在增加作业难度的同时使故障发生率与处理难度上升，使得钻孔的处理效率和设备故障的处理水平逐渐成为钻孔效率评判的标准。

1.2.3 适用范围

一般在深孔与中浅孔的岩心钻探中，深孔钻探都结合多级孔进行结构设计，让钻探设备的回转系统获得更大的转速和扭矩，并能满足对转速要求较高以及大扭矩钻孔等高水平技术要求。这便需要深孔钻探技术根据不同的矿产品开采时的转速、扭矩要求的不同进行不同的调整，即应针对具备应用适应性。

2 危矿深孔岩心钻探工艺技术的应用研究

应针对矿区地层特点，选择合适的工艺方法对保证安全生产、高效作业施工十分重要，钻进工艺方法包括钻进方法、钻柱或钻具结合、钻头、钻进参数等等。同时还要根据低层复杂情况的特点，采取多种工艺组合进行施工，这样可以较大幅度的提高钻进效率和成孔概率。

2.1 岩心钻探技术应用

与国外的深孔岩心钻探装备技术有些不同，国外全液压动力头深孔岩心钻探技术设备，我国正逐步应用全液压钻探技术，但立轴式岩心钻探技术的适用范围依然广泛，其应用主要体现在深孔岩心钻探装备研制与全液压动力头式钻机开发；立轴式放大钻进功能进而推动深度立轴式深孔岩心钻探装备这两个方面。

全液压动力钻机可实现回转速的五级调控，在大行程的钻探工作中能保持良好的稳定性，在作业期间也可以有效、稳定的控制其规模参数，操作简便并能满足施工作业时较高的精度要求。由此可见，全液压动力钻机的技术优势非常明显，在我国经济水平与科学技术发展的推动下，工业实力也不断增强，深孔岩心钻探应用范围越来越广。

2.2 深孔常规金刚石钻进方法的应用分析

一般来讲，沉积岩、煤矿地层的钻探孔内施工的施工效率低而事故率却很高的不良发展趋势，应对综合研究即挖地层的地层地址结构、钻探施工装备与技术，采用先进的钻探技术设备，完善钻具之间的组合撞衫，在先进设备的基础上减少孔径数目，提高钻孔结构的质量，将护壁堵漏技术措施落实到位，加大优质泥浆冲洗液的推广力度并宣传其实用性与技术上的可靠性，可以有效的减少孔内事故的发生，保障安全生产。

在施工过程中要确保钻工的施工安全、减少孔内事故率需要具备合理的套管程序，然而，在现实的实际施工作业中，人们往往存在侥幸心理，对某些设备的套管技术设计不合理、甚至无法保障钻柱安全的套管不去落实解决，侥幸心理作祟，然而这样的套管程序问题经常会导致孔内事故的发生；还存在钻探施工预算较低，浪费了钻探工作量并造成了孔内事故的复杂化。

在危机矿山的勘探中宣传扩散扩大无岩心钻进比重。在对地质、矿产、钻井设备及技术等相关因素进行综合考量后，尽可能减少穿矿口径发生，可以有效的降低钻探施工的成本并降低孔内事故发生率。在深孔地层的钻探施工中应采取硬度较高的钻杆以应对地下复杂的地质结构，可选用铝合金钻杆，能有效的增加固有钻探设备的钻探能力，还能减少设备运行工作时的能源消耗，并大大的降低了工人的劳动强度，从某种意义上来讲。应用铝合金钻杆可以有效的增加钻台的工作效率，节约了能源，还可以充分的发挥人力物力，达到资源利用的最大化。

3 结论

根据现有的钻探设备与技术，结合矿区的实际情况，对施工技术进行综合分析研究。由此，我国的危机矿山的“就矿找矿”技术也在不断地探索中获得了技术性突破，建立在原有的基础设施建设的基础上，能大大缩短矿产资源基地平台建设的工程周期，并收获大量资源，但危机矿山的开采还存在着技术上的难题，需要继续研发和应用。进而帮助我国资源朝可持续发展的方向迈进，走科学的和平发展道路，落伍的矿业体制必须遵从于市场经济体制，从根本上进行改革，逐步与国际矿业体制接轨，最后实现矿业的安全生产，减少“危机矿山”的产生。

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1004-7344（2016）27-0189-02

2016-9-8