钻探在找矿方面的应用

文/张亚成 候守才 马洪宝，辽宁环宇矿业咨询有限公司；沈阳金生矿业咨询有限公司；辽宁环宇矿业咨询有限公司

1 深部找矿钻探技术特点

1.1 钻孔结构复杂。深孔钻探，由于钻遇的地层种类较多，地层相对复杂，因此，一般采取多级孔径设计，开孔及上部孔径加大。钻孔直径的增大会造成地层侧压力的增加，对于松散破碎且倾角陡斜的地层，孔壁的稳定性变差，不稳定的岩石就会向孔内滑落和坍塌，因此，在可能的情况下，应尽量减少孔径级数，缩小钻孔直径。

1.2 护壁堵漏难。进行深部找矿钻探，区内大多裂隙发育，地层破碎，几乎所有的钻孔都要穿过断层和破碎带。硬、脆、碎、酥、漏是多数矿区地层的特点。大裂隙发育的地方常发生贯通性的孔段全漏失；小裂隙多而密集的地方常遇部分漏失或全漏失；疏松地层大部分发生渗漏或部分漏失。多数钻孔是漏失、坍塌、掉块并存，多层位坍塌、掉块，给护壁带来困难，大量漏失又使冲洗液护壁难度加大，尤其是深孔、斜孔，施工周期长，地层被钻穿后裸露时间长，易造成孔壁失稳，护壁堵漏就更加困难。

1.3 钻探效率低。硬岩钻进受地层复杂、裂隙发育、岩石破碎、坍塌、掉块、漏失等不利因素的影响，钻进困难。特别是坚硬破碎可钻性9～12级岩石和结构致密、弱研磨性的打滑地层，钻进就更加困难，不仅钻进效率低，而且钻头寿命和回次进尺短，给深孔钻探带来更大困难，提下钻和打捞岩心等辅助时间都大大增加，降低了钻探效率。

1.4 防斜治斜难。受地质构造的影响，金属矿区地层多数倾角较大，特别是地层较硬，软硬互层多，层理、片理发育，岩石不均匀和各向异性明显，给深孔钻探防斜带来很大难题。从目前研究成果和实钻经验来看，硬岩钻进，地层因素是孔斜的主要原因。

1.5 操作难度大。目前，深孔钻探主要采取金刚石WL 钻进。为提高钻杆螺纹强度，将接头镦粗，使钻杆与孔壁之间、内管与外管之间间隙进一步减小，压力损失大，泵压高，开泵、停泵时容易产生压力波动。当钻遇漏失和涌水地层，压力波动会更大。此外，升降钻具过程中所引起的抽吸力和挤压力也会产生波动，升降钻具速度快，钻具与孔壁间隙越小，冲洗液粘度和切力越大，压力波动越大。压力波动会影响孔内压力平衡，严重时会造成孔壁失稳，产生孔内事故。要采取有效措施减少压力波动。

2 解决深部找矿关键技术问题的对策

2.1 岩心钻探设备。

2.1.1 加快第三代新型钻机研制和开发，积极引进石油钻井界先进技术和理念，设计出适应于岩心钻探的深孔钻机。以液压为动力，优先开发地质岩心顶部驱动钻机，使之成为系列化及与之相配套泥浆泵等。

2.1.2 加快坑道钻探设备的能力、功能的提升。在危机矿山接替资源的勘探中，对某些成矿模式的地层，在现有的数百米深的地下坑道或开采区内，利用坑道钻探设备来进行深部岩心钻探工作，可以充分揭露深部地层，节约钻探费用和时间，提高勘探效率。坑道钻探设备应以提升设备能力、完善设备功能和实现机电液一体化为主要目标，并形成300～1000m范围内的完整产品体系，达到深部找矿要求。

2.1.3 加快先进岩心钻探设备的推广。岩心钻探设备推广应用的最终结果是实现产业化，而产业化又是降低生产成本和销售价格的有效手段，这又反过来推动着岩心钻探设备的推广应用。因此，岩心钻探设备的推广应用过程就是设备的产业化过程。

2.2 岩心钻探器具及工艺方法。

2.2.1 加强信息情报收集，积极开展行业问信息交流，推动学科交叉合作。回顾钻探技术发展的几十年，情报部门提供了金刚石钻进技术、定向钻进技术、冲击回转钻进技术等一系列科技信息，对国内钻探工程界有很大的启发，为在国内科技攻关立项、研发、创新、模仿或引进技术起到了重要作用。

2.2.2 加快新型基础钻具的研制和新工艺技术的完善。新型高寿命金刚石钻头、高强度深孔绳索取心钻杆、新型深孔双壁钻杆的研制是保证金刚石绳索取心钻进技术、反循环连续取样（心）钻进技术安全、经济、高效的服务于深部地质找矿工作的基础钻具，对于提高这些技术应用的可靠性、经济性有着重要作用。目前这些基础钻具有的已经由勘探所立项研究，有的正在申报立项。

2.2.3 加强岩心钻探器具及工艺方法的系统化研究，增强钻探器具的功能、提高工艺方法的适应性，利用现有技术集成、整合出新。多功能、一体化，是国外钻具发展的一个方向，我国岩心钻探器具也应利用现有技术和工艺实现功能整合。例如勘探所研制的具有创新和多技术集成的“三合一”钻具，并且在大陆科钻一井中成功使用，使我国的钻探技术迈上了一个新的台阶。该技术达到了国际先进水平。勘探所为解决定向造斜段不能连续取心问题正在研制的定向造斜段连续绳索取心工具及正在申报立项的中空式液动锤绳索取心工具、绳索取心与反循环连续取样结合的组合钻探技术也属于此范畴。

2.2.4 注重钻探从业人员的培训工作，提高钻探人员的素质。深部找矿的设备和仪器更加精密，操作更加自动化。没有高素质的从业人员保障，不仅不利于新技术的推广应用，而且也很难保证高质量的完成深部找矿的钻探工作。

3 钻进技术应用

在地质勘查工作中，利用钻探设备向地下钻进形成的直径较小、深度较大的柱状圆孔，又称钻井。总体来讲，地质矿产埋藏深度和钻孔用途决定钻孔的直径和深度的大小，一般在钻探石油、天然气或地下水的钻井直径较大些。

钻进的作用：（1）形成钻孔，获得全面的第一手地质体资料。这一资料的获得在于从钻孔中取得的岩芯、矿芯、岩屑甚至液、气态样品，有时还需从内孔壁补充侧壁上的岩体进行分析研究。（2）可形成人工通道供观测地下水层及水文地质动态之用。（3）作为一种便于观测并获取岩矿层各种地球物理信息的通道。（4）一些钻孔可与采探结合，用于开采地下水、地热、油气资源等。