深部钻探（精选七篇）
深部钻探 篇1
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。
3 结语
综上所述, 深部找矿是缓解矿产资源危机以及提高资源开采率的重要措施。因此要不断研究深部找矿钻探技术, 以提高深部找矿工作效率, 从而为我国钻探技术的发展以及矿产资源利用率的提高奠定基础。
摘要：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。
关键词：钻探技术,深部找矿,我国
参考文献
关于深部找矿钻探技术分析 篇2
摘要：随着我国社会经济的不断发展，对于矿产资源的需求量也日益增加，而在过去的发展之中，大多浅部的矿产已经被找到并开采，这就迫使找矿只能想着深部进行。深部找矿钻探技术是深部找矿的重要技术手段，其应用水平的高低对于矿产资源开发和经济发展有着重要意义。本文就对我国常见的深部找矿钻探技术进行介绍，并分析了其所面临的困难，探究相应的解决措施。
关键词：深部找矿；钻探技术；困难；解决措施
矿产资源是工业生产顺利进行和人们生活稳定的重要保证，所以，加强矿产资源勘查十分重要。当前，我国浅部矿产资源已经基本被开采殆尽，深部找矿已经成为地质找矿工作的重点内容，这就促进了深部找矿钻探技术的快速发展。与浅部找矿相比，深部找矿钻探技术有着很大不同，一、我国常见的深部找矿钻探技术
我国的深部找矿钻探技术开始于上世纪70年代，主要的钻探设备是立轴式钻机，经这些年发展之后，又开发出了气动锤钻进技术、液动锤钻探技术、泡沫钻进技术和定向钻探技术等，其具体内容如下：
（一）气动锤钻进技术的内容
气动锤钻进技术是我国在上世纪80年代引进的，主要包括贯通式钻进和CSR技术，此技术的优点是在深部钻探过程中能够降低钻孔堵塞问题发生的概率。
贯通式钻进采用的设备是双臂钻杆结合贯通式RC气锤，CSR的设备主要有双臂钻杆、气锤和通道接头。除此之外，GQ系列气动锤在近些年来应用也非常广泛，其特点在于可以按照深部矿内的气流变化对钻进速度进行自动调整。
气动锤钻进技术的不足之处在于只能分析深部地质中岩层碎屑的情况，而无法得到柱状岩芯的情况，在实用性上存在着不足，大多被应用于复杂地质环境和成孔取芯困难的地区之中[1]。
（二）液动锤钻探技术的内容
液动锤钻探技术的原理在于通过液动锤产生的冲击动能，给予钻头以冲击负荷，使其深入到地质深部，从而实现钻探。在应用此技术进行深部找矿时，为提高钻头钻进的效率，一般会将液动锤安装在岩心管和钻头之间。
目前，液动锤钻探技术常用的液动锤主要有YZX127型、KS-157型、SYC-178型、YS-19型和Q-150型，都属于我国开发的高效液动锤。其中，YZX127型性能较为优良，不仅能够适用于泥浆或其它类型的复杂地质环境中，其在连续钻进频率上也能达到500次，钻进深度上能够超过5000米；而KS-157型的优势在于能够降低钻探孔倾斜概率，有效防止钻探过程中出现岩心堵塞，同时还可以通过延长进尺来加大钻进深度。
液动锤钻探技术应用的范围相当广泛，除了一般的深部找矿外，还被应用在了水井钻探和石油钻井等领域，具有较高的实用价值。
（三）泡沫钻进技术的内容
泡沫钻进技术是以泡沫流作为钻探过程中的循环介质，借助泡沫流自身的均匀稳定优点，消除其它高密度流体的阻碍作用，从而起到促进钻探工作的作用，有效克服了复杂地质条件中钻探的困难，同时，由于泡沫流在循环过程中不会发生急速的上返，对于钻孔孔壁的冲击作用接近于无，也能够有效防止钻探过程中出现孔壁坍塌，对于高原、沙漠等地区的深部找矿工作有着重要意义。
泡沫钻进技术在我国的使用开始与上世纪80年代中期，泡沫剂的类型主要有F873和TAS，经过这些年的发展后，又出现了ADF-
1、CD-1和DF-1等，同时，我国还在泡沫钻探技术的相关流程上进行了详细规定，在钻探测试装置上进行了专门研制，极大地促进了泡沫钻探技术的发展[2]。
（四）定向钻探技术的内容
定向钻探技术是深部找矿之中应用应用最为普遍的一种技术，其最重要的施工环节是造斜，也就是通过相应的造斜设备给予钻孔一定压力，从而保证钻孔想着设计轨迹进行延伸，保证钻探过程在控制范围之内，在此过程中，还需要辅助以造斜钻头、测量系统和定向器具。
在造斜设备上，主要有连续造斜、偏心楔、配合孔底动力使用的造斜设备等；在造斜钻头上，主要有牛鼻式和盘式钻头两种；在测量系统上，主要是ZS-1系统和YS-1系统，在定向器具上，主要包括GZ-
18、BD-14和DD-1。
定向是造斜设备工作不出现偏差的重要保证，根据定向方式的不同，可以分为直接定向和间接定向两种。其中，直接定向多用于顶角小于3°的钻孔，定向工具是钻杆；间接定向在顶角大于3°的钻孔中常用，工具包括上述几种类型。
二、我国深部找矿钻探技术的难点
（一）钻探井结构较为复杂
在深部找矿钻探过程中，由于其需要不断向下钻进，需要经过较多的地层层位，而这些地层层位在岩石类型、结构强度等方面都存在着较大差异，再加上局部溶洞等问题的出现，都给深部找矿钻井造成了极大困难，坍塌、失漏或者缩径等问题时常发生，给钻探井稳定的安全造成影响，阻碍了深部找矿钻探工作的顺利开展。为防止这些问题，就需要对钻进结构进行复杂化设计，比如CCSD探井中的四开井身结构，见图1。
（二）钻探设备相对较为落后
就我国目前的深部找矿钻探设备而言，虽然开发出了许多先进技术和设备，但占据多数 图1：CCSD探井井身结构的依然是上世纪70年代的立轴钻机，其钻进深度仅有1500m，近些虽然有2000m和3000m钻机的研发，但多数样机，很少被应用于深部找矿钻探工作中，这些钻探设备对于岩心的提升能力严重不足，以立轴式钻机XY-6为例，其提升能力只有6T。在这种设备水平下，当钻探过程中发生缩径问题时，就会出现卡钻事故，而随着钻探深度的增加，钻杆的重量和其与井壁的摩擦力以及泥浆阻力等都会增大，进一步对提钻能力造成了不利影响。
（三）钻探井斜度不容易被控制
在深部找矿钻井开挖过程中，由于地层软硬交替特点和早然造斜效应的影响，井斜问题十分普遍，这就会使钻探发生偏离，从而影响了钻探的轨迹，给深部找矿工作钻探的质量造成了极大限制。
（四）钻探工作效率水平较低
整个深部找矿钻探工作的施工周期是很长的，需要经过多道复杂的钻探程序，加上钻孔的复杂机构、井底的高温等因素影响，给钻探过程中的岩心提捞等过程造成了极大干扰，钻杆的磨损和消耗也会增加，这些问题都会给钻探效率造成影响。
三、提高我国深部找矿技术应用的措施
（一）合理配置石油钻机提高钻探能力
将钻机换为石油钻机，对于提高钻探能力有着重要作用，以CCSD探井钻探为例，通过采用ZJ70D石油钻机，极大的延伸了深部找矿钻探的深度，保证了深部找矿工作的成功。在实际应用中，可以根据实际需要采取合适的石油钻机，以提高深部找矿钻探的能力。在此过程中，还需要对钻机配套设施进行优化简化，以ZJ30石油钻机为例，其配套设施部件如图2所示[3]。
（二）加大定向钻探技术的使用力度
通过受控的定向钻探，按照预定的轨迹来进行钻井，能够避免直井钻探过 图2：石油钻机优化简配配套设施表
程中受地层分布不均匀等因素影响发生的钻杆损坏、井壁缩径等问题，提高钻井钻探的效率，而且石油钻机的转盘、钻具在轨迹控制上相对容易，更能满足定向钻探技术实施的条件。
另外，在深部找矿钻探过程中，占据总费用比重较高的是钻探技术成本，钻孔的斜度纠正则会对找矿的准确性产生重大干扰，通过定向钻探的技术，能够有效降低钻孔斜偏问题发生的概率，将整个钻探轨迹控制在固定区域内，从而达到降低钻进工作的目的，降低整个深部找矿钻探的技术成本。
（三）结合采用配套绳索取心的技术
虽然绳索取心技术在常规石油钻井中应用的并不普遍，但对于一些特定条件的钻机还是有着极大作用的。比如当石油钻机的钻杆内径较小（G105级127mm）时，结合采用配套的绳索取心钻具内杆，或者在后期深井段时更换专用的绳索取心钻具，就能够充分发挥出绳索取心的优势。
（四）提高钻探过程的目的性
石油钻机和岩心钻机的钻控工艺技术是不同的。岩心钻机主要采用取心钻头钻进，以硬质合金钻头、金刚石取心钻头等为主；而石油钻机钻进则以全面钻进为主，主要以牙轮钻头和PDC钻头钻进为主。因次采用石油钻机取心，可根据目的层的预测深度，在满足深矿找矿地质目的的前提下，只对主要的目的层段进行取心钻进。
结语：
综上所述，深部找矿钻探技术对于矿产资源的开发和社会经济的稳定发展有着重要研究，加强对深部找矿钻探技术的研究，有着十分重要的现实意义。我国深部找矿钻探技术经过长期发展之后，已经有了一定的技术基础，但是在实际应用当中，依然面临着许多难点，给深部找矿工作的顺利开展造成了不良影响，所以，需要针对这些难点，探索科学的解决办法，以提高深部找矿钻探技术的应用水平，为社会经济和人们生活的稳定提供有力保障。
参考文献：
关于深部找矿钻探技术分析 篇3
摘要：随着我国社会经济的不断发展，对于矿产资源的需求量也日益增加，而在过去的发展之中，大多浅部的矿产已经被找到并开采，这就迫使找矿只能想着深部进行。深部找矿钻探技术是深部找矿的重要技术手段，其应用水平的高低对于矿产资源开发和经济发展有着重要意义。本文就对我国常见的深部找矿钻探技术进行介绍，并分析了其所面临的困难，探究相应的解决措施。
关键词：深部找矿；钻探技术；困难；解决措施
矿产资源是工业生产顺利进行和人们生活稳定的重要保证，所以，加强矿产资源勘查十分重要。当前，我国浅部矿产资源已经基本被开采殆尽，深部找矿已经成为地质找矿工作的重点内容，这就促进了深部找矿钻探技术的快速发展。与浅部找矿相比，深部找矿钻探技术有着很大不同，
一、我国常见的深部找矿钻探技术
我国的深部找矿钻探技术开始于上世纪70年代，主要的钻探设备是立轴式钻机，经这些年发展之后，又开发出了气动锤钻进技术、液动锤钻探技术、泡沫钻进技术和定向钻探技术等，其具体内容如下：
（一）气动锤钻进技术的内容
气动锤钻进技术是我国在上世纪80年代引进的，主要包括贯通式钻进和CSR技术，此技术的优点是在深部钻探过程中能够降低钻孔堵塞问题发生的概率。
贯通式钻进采用的设备是双臂钻杆结合贯通式RC气锤，CSR的设备主要有双臂钻杆、气锤和通道接头。除此之外，GQ系列气动锤在近些年来应用也非常广泛，其特点在于可以按照深部矿内的气流变化对钻进速度进行自动调整。
气动锤钻进技术的不足之处在于只能分析深部地质中岩层碎屑的情况，而无法得到柱状岩芯的情况，在实用性上存在着不足，大多被应用于复杂地质环境和成孔取芯困难的地区之中[1]。
（二）液动锤钻探技术的内容
液动锤钻探技术的原理在于通过液动锤产生的冲击动能，给予钻头以冲击负荷，使其深入到地质深部，从而实现钻探。在应用此技术进行深部找矿时，为提高钻头钻进的效率，一般会将液动锤安装在岩心管和钻头之间。
目前，液动锤钻探技术常用的液动锤主要有YZX127型、KS-157型、SYC-178型、YS-19型和Q-150型，都属于我国开发的高效液动锤。其中，YZX127型性能较为优良，不仅能够适用于泥浆或其它类型的复杂地质环境中，其在连续钻进频率上也能达到500次，钻进深度上能够超过5000米；而KS-157型的优势在于能够降低钻探孔倾斜概率，有效防止钻探过程中出现岩心堵塞，同时还可以通过延长进尺来加大钻进深度。
液动锤钻探技术应用的范围相当广泛，除了一般的深部找矿外，还被应用在了水井钻探和石油钻井等领域，具有较高的实用价值。
（三）泡沫钻进技术的内容
泡沫钻进技术是以泡沫流作为钻探过程中的循环介质，借助泡沫流自身的均匀稳定优点，消除其它高密度流体的阻碍作用，从而起到促进钻探工作的作用，有效克服了复杂地质条件中钻探的困难，同时，由于泡沫流在循环过程中不会发生急速的上返，对于钻孔孔壁的冲击作用接近于无，也能够有效防止钻探过程中出现孔壁坍塌，对于高原、沙漠等地区的深部找矿工作有着重要意义。
泡沫钻进技术在我国的使用开始与上世纪80年代中期，泡沫剂的类型主要有F873和TAS，经过这些年的发展后，又出现了ADF-1、CD-1和DF-1等，同时，我国还在泡沫钻探技术的相关流程上进行了详细规定，在钻探测试装置上进行了专门研制，极大地促进了泡沫钻探技术的发展[2]。
（四）定向钻探技术的内容
定向钻探技术是深部找矿之中应用应用最为普遍的一种技术，其最重要的施工环节是造斜，也就是通过相应的造斜设备给予钻孔一定压力，从而保证钻孔想着设计轨迹进行延伸，保证钻探过程在控制范围之内，在此过程中，还需要辅助以造斜钻头、测量系统和定向器具。
在造斜设备上，主要有连续造斜、偏心楔、配合孔底动力使用的造斜设备等；在造斜钻头上，主要有牛鼻式和盘式钻头两种；在测量系统上，主要是ZS-1系统和YS-1系统，在定向器具上，主要包括GZ-18、BD-14和DD-1。
定向是造斜设备工作不出现偏差的重要保证，根据定向方式的不同，可以分为直接定向和间接定向两种。其中，直接定向多用于顶角小于3°的钻孔，定向工具是钻杆；间接定向在顶角大于3°的钻孔中常用，工具包括上述几种类型。
二、我国深部找矿钻探技术的难点
（一）钻探井结构较为复杂
在深部找矿钻探过程中，由于其需要不断向下钻进，需要经过较多的地层层位，而这些地层层位在岩石类型、结构强度等方面都存在着较大差异，再加上局部溶洞等问题的出现，都给深部找矿钻井造成了极大困难，坍塌、失漏或者缩径等问题时常发生，给钻探井稳定的安全造成影响，阻碍了深部找矿钻探工作的顺利开展。为防止这些问题，就需要对钻进结构进行复杂化设计，比如CCSD探井中的四开井身结构，见图1。
（二）钻探設备相对较为落后
就我国目前的深部找矿钻探设备而言，虽然开发出了许多先进技术和设备，但占据多数 图1：CCSD探井井身结构
的依然是上世纪70年代的立轴钻机，其钻进深度仅有1500m，近些虽然有2000m和3000m钻机的研发，但多数样机，很少被应用于深部找矿钻探工作中，这些钻探设备对于岩心的提升能力严重不足，以立轴式钻机XY-6为例，其提升能力只有6T。在这种设备水平下，当钻探过程中发生缩径问题时，就会出现卡钻事故，而随着钻探深度的增加，钻杆的重量和其与井壁的摩擦力以及泥浆阻力等都会增大，进一步对提钻能力造成了不利影响。
（三）钻探井斜度不容易被控制
在深部找矿钻井开挖过程中，由于地层软硬交替特点和早然造斜效应的影响，井斜问题十分普遍，这就会使钻探发生偏离，从而影响了钻探的轨迹，给深部找矿工作钻探的质量造成了极大限制。
（四）钻探工作效率水平较低
整个深部找矿钻探工作的施工周期是很长的，需要经过多道复杂的钻探程序，加上钻孔的复杂机构、井底的高温等因素影响，给钻探过程中的岩心提捞等过程造成了极大干扰，钻杆的磨损和消耗也会增加，这些问题都会给钻探效率造成影响。
三、提高我国深部找矿技术应用的措施
（一）合理配置石油钻机提高钻探能力
将钻机换为石油钻机，对于提高钻探能力有着重要作用，以CCSD探井钻探为例，通过采用ZJ70D石油钻机，极大的延伸了深部找矿钻探的深度，保证了深部找矿工作的成功。在实际应用中，可以根据实际需要采取合适的石油钻机，以提高深部找矿钻探的能力。在此过程中，还需要对钻机配套设施进行优化简化，以ZJ30石油钻机为例，其配套设施部件如图2所示[3]。
（二）加大定向钻探技术的使用力度
通过受控的定向钻探，按照预定的轨迹来进行钻井，能够避免直井钻探过 图2：石油钻机优化简配配套设施表
程中受地层分布不均匀等因素影响发生的钻杆损坏、井壁缩径等问题，提高钻井钻探的效率，而且石油钻机的转盘、钻具在轨迹控制上相对容易，更能满足定向钻探技术实施的条件。
另外，在深部找矿钻探过程中，占据總费用比重较高的是钻探技术成本，钻孔的斜度纠正则会对找矿的准确性产生重大干扰，通过定向钻探的技术，能够有效降低钻孔斜偏问题发生的概率，将整个钻探轨迹控制在固定区域内，从而达到降低钻进工作的目的，降低整个深部找矿钻探的技术成本。
（三）结合采用配套绳索取心的技术
虽然绳索取心技术在常规石油钻井中应用的并不普遍，但对于一些特定条件的钻机还是有着极大作用的。比如当石油钻机的钻杆内径较小（G105级127mm）时，结合采用配套的绳索取心钻具内杆，或者在后期深井段时更换专用的绳索取心钻具，就能够充分发挥出绳索取心的优势。
（四）提高钻探过程的目的性
石油钻机和岩心钻机的钻控工艺技术是不同的。岩心钻机主要采用取心钻头钻进，以硬质合金钻头、金刚石取心钻头等为主；而石油钻机钻进则以全面钻进为主，主要以牙轮钻头和PDC钻头钻进为主。因次采用石油钻机取心，可根据目的层的预测深度，在满足深矿找矿地质目的的前提下，只对主要的目的层段进行取心钻进。
结语：
综上所述，深部找矿钻探技术对于矿产资源的开发和社会经济的稳定发展有着重要研究，加强对深部找矿钻探技术的研究，有着十分重要的现实意义。我国深部找矿钻探技术经过长期发展之后，已经有了一定的技术基础，但是在实际应用当中，依然面临着许多难点，给深部找矿工作的顺利开展造成了不良影响，所以，需要针对这些难点，探索科学的解决办法，以提高深部找矿钻探技术的应用水平，为社会经济和人们生活的稳定提供有力保障。
参考文献：
[1] 彭粲璨.深部找矿钻探技术探讨[J].中国煤炭地质，2014，11：61-64.
[2]徐国忠.我国深部找矿钻探技术探讨[J].西部探矿工程，2012，10：149-151+154.
论地质勘查与深部地质钻探找矿技术 篇4
1 我国深部地质钻探技术的现状
所谓深部地质钻探, 就是指基于对地质形式的深部开采而对地质环境进行的分析和勘查工作。一般来说, 这种技术主要服务于我国的矿产资源的开采过程中。因为矿产资源的分布较为深, 所以在未了解当下的地质环境时, 不宜大规模的开采, 这样不仅会造成经济的浪费, 还不利于保护资源。目前来看, 我国的深度地质钻探的深度主要集中于三百米到五百米之间。但是西方国家的平均钻探深度已经达到了八百米甚至更多, 这种情况下说明我国的深度钻探技术还需要进一步发展。另外, 我国的深部钻探的机械化推广和普及程度还没有达到较为理想的水平, 这样导致的结果就是设备的落后, 无法达到现有的深部地质钻探的要求, 因此, 深部地质钻探的效果也不能达到采矿业的要求。同时, 从我国的钻探队伍的素质来看, 还存在专业技术不够和人员水平较为低下的问题, 这种情况也是非常不利于我国的钻探技术的发展的。
2 我国深部钻探找矿技术的基本形式
2.1 金刚石绳索取心技术
所谓金刚石绳索取芯技术, 就是指在采矿的过程中, 采用金刚石进行钻探, 因为金刚石的强度较高, 所以可以达到较为理想的深度, 因此这种方式也被广泛的被应用在国际找矿技术中。而绳索取芯指的则是采用特殊材料制成的绳索, 对金刚石的锁头进行控制的一种技术, 这两种技术的结合使用, 就可以达到比较理想的找矿效果。但是就目前我国对这种技术的应用来看, 还存在较大的问题, 尤其是同发达国家相比, 我国的材料和技术上还都比较落后。主要表现为绳索比较容易断裂, 金刚石的位置控制不够灵活等问题。
2.2 反循环连续取样 (心) 钻探技术
反循环连续取样 (心) 钻探技术采用压缩空气作为循环介质, 利用双壁钻杆以冲击回转全面碎岩和连续岩屑作为地质样品的方式钻探施工, 随着钻进的不断进行, 岩屑被高速气流连续地经双壁钻杆的中心携带至地表, 并按照顺序将岩屑收集起来作为地质化验分析的地质样品。国内外大量的钻探施工经验证明, 采用该法获取的地质样品不仅完全能达到确定矿体埋藏深度、矿体厚度、品位等物化参数的基本要求, 而且其钻探施工速度要比传统的取柱状岩心施工速度提高5~10倍, 施工成本也将大大降低。根据2006年有关统计资料, 反循环连续取样 (心) 钻探技术在澳大利亚完成钻探工作量的比例超过80%。我国在20世纪80年代中期曾开展了该项技术的研究并进行推广应用, 但由于地质上是以岩屑代替传统的柱状岩心, 且需使用特殊的双壁钻杆, 所以推广应用受到较大阻力。值得关注的是目前国际地质钻探承包商和矿业投资者已经提出了取心取样相结合的地质勘探新概念, 并在一些国家开始应用, 取得了比任何单一方法效率及地质效果都要好的结果, 大幅度提高了钻进效率、降低了成本。著名的国际钻探设备制造商瑞典Atlas Copco公司已经开始推广这项综合取心 (样) 钻探技术。我国则没有这方面的应用研究。
2.3 高精度受控定向钻探技术及岩心定向技术
受控定向钻探技术是一种可以使钻孔轨迹按照预定方向前进的特殊钻探技术, 该项钻探技术还可以实现在一个主孔内钻进多个分支孔的羽状钻孔。在普通钻孔难以到达的勘探部位和坑道内以及陡斜矿体的勘探中, 利用高精度受控定向 (取心) 钻探技术可以明显减少钻探工作量和施工费用。由于地质岩心直径较小, 地质钻探取心对这项技术关注热度不够。受控定向钻探技术是深孔施工单位必备的手段, 是施工的保证, 是处理孔内事故的方法。深孔施工控制孔斜是重中之重, 如何根据地质地层设计好防斜措施, 减小孔斜和孔斜的变化率。
3 深部钻探找矿技术发展
3.1 岩心钻探设备
(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) 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。 (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。
3.2 岩心钻探器具及工艺方法
(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) 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。 (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。 (4) 建立健全先进钻探设备、工艺方法的推广机制, 建设利用先进钻探设备、工艺方法的钻探样板工程。 (5) 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。
4 结论
深部钻探 篇5
【关键词】武山；深孔岩心钻探；施工
矿区位于瑞昌市区与码头镇之间，矿区交通方便，南行8公里至瑞昌市，北行14公里至长江边码头镇，距九江市西33公里处，隶属于瑞昌市白扬乡管辖。矿区地理坐标位于东径115°37′38″～115°39′56″，北纬29°44′04″～29°45′12″的区域内，笔架山—武山山脉呈北东东向展布，构成矿区北部之屏障，山南为低山五陵地带。主要山峰武山寺绝对标高375.63米，最低标高24.24米，相对高度351.39米，属低山丘陵地形。
一、确保深孔岩心钻探（zk120-1孔）施工的几个关键技术要素分析
1.要深入了解武山周边及矿区地质地层施工情况。武山南北矿带近矿灰岩，溶洞比较发育，溶洞密集，自上而下由强而弱。黄龙、栖霞灰岩溶洞最深达负430.84米标高，南矿带长兴、茅口灰岩溶洞分别最深达负240、280米标高左右，嘉陵江、大冶灰岩溶洞最深达负160米标高。从坑道了解，溶洞的发育形态有垂直似井状、有水平状。大部分分溶洞填充，填充物一般是棕红色粘土，亚粘土、褐铁矿、燧石碎块、石英砂岩砾卵石、岩浆岩碎屑等。
2.探矿设备及管材数量级配和工具的选择。根据地质设计zk120-1孔终孔孔深1200m，视施工实际情况可能还得加深，选择的探矿设备必须绝对满足钻孔施工的全过程，其中包括钻机型号及配备动力、泥浆泵的型号、钻塔高度及型号，备用发电机组；各种级配钻具、套管、钻杆、水管，工具配备有常用各种拧卸工具和专业打捞工具以及处理事故用的特殊用途工具等；钻孔斜度及方位测斜仪以及钻孔纠斜用的螺杆钻定向仪等。
3.钻探施工工艺的选择。由于这次启动的是九-瑞深部找矿，普通的钻进工艺和普通的金刚石钻进方法被更先进的钻进工艺所取代已成必然，zk120-1孔选取金刚石绳索取芯钻进工艺，就能简化取芯工作行程，降低劳动强度，大大提高工作效率，缩短施工工期，节约钻探生产成本。
4.钻孔结构的设计与选择。针对武山矿区钻孔以往施工对地质地层揭示情况，再根据地质工程师对该钻孔的终孔孔深及对地层的预设计，施工方要根据地质设计做好对该钻孔结构的钻探施工设计规划，规划好开孔孔径选择，钻孔换径位置，技术套管级配，这对顺利完成该钻孔的钻进施工至关重要，针对zk120-1孔地质设计终孔预孔深，终孔口径，考虑钻孔地层设计情况、地质地层复杂程度对钻探施工中的影响，考虑钻孔后期施工中遇到问题有一定回旋余地，选择上一级开孔口径，穿过第四系覆盖层，在遇到完整基岩1m后下好第一级套管；中间一层套管要考虑到中途可能扩孔等因素，第三层套管的底部位置一定要下到穿过地质设计的武山南北矿带近矿灰岩，溶洞比较发育，溶洞密集，自上而下由强而弱。黄龙、栖霞灰岩溶洞最深达负430.84米标高，南矿带长兴、茅口灰岩溶洞分别最深达负240、280米标高左右，第三层技术套管一定要下到超过可能出现溶洞的地层。
5.钻孔岩矿芯采取率。衡量钻探工作质量标准是钻探六大质量指标，我们在执行钻探六大质量指标同时，克服种种复杂地层，改进工艺，目的是经过钻进工艺获取孔内原始岩样，通过化验分析为地质找矿成果提供依据，所以岩心钻探工作最终目的是岩矿心采取率。
二、深孔岩芯钻探施工技术关键要素在zk120-1孔施工分析与应用
1.深孔（zk120-1）探矿施工钻进工艺的选择。由于绳索取芯钻进工艺具备诸多的优越性，该工艺应用能缩短起下钻铺助时间，降低劳动强度，提高钻进效率，缩短工期，降低成本。本次启动深部找矿，根据地质设计地层及钻孔深度情况，所以除了精选人员，绳索取芯工艺被列为首选，工艺技术参数见表1。
绳索取芯机技术设备参数配置表1
2.根据地质开孔通知书地层设计确定钻孔开孔口径与换径钻进。地质开孔通知书地层设计自上到下依次为：第四系覆盖层；灰、灰黑色含炭含燧石结核灰岩，其间穿插数层岩脉；黑色含炭细晶灰岩、含沥青质灰岩；黑色微晶灰岩、白云岩，底部见黄铁矿化角砾岩；浅白色石英砂岩；含铁质砂岩。
根据地质地层设计，该孔选择￠130mm直径金刚石钻头开孔，穿过8.3m第四系覆盖层，施工至17.46m在坚硬完整的含炭含燧石结核灰岩中下入￠127mm第一层技术套管（图1）17.60m；然后换径改￠95mm绳索取芯钻具钻进，由于含炭含燧石结核灰岩岩石硬度、研磨性高，在钻头的选择上为了在钻进中钻头金刚石克取岩石最大效果，金刚石钻头胎体硬度选择要弱于岩石，钻进中便于金刚石出韧。施工中￠95mm口径绳索钻具一直钻进施工至378.9m，武山矿区以往施工情况，南北矿带近矿灰岩，溶洞比较发育，且溶洞密集，自上而下由强而弱。黄龙、栖霞灰岩溶洞最深达-430.84m标高，南矿带长兴、茅口灰岩溶洞最深达分别达负240、280m标高左右。根据zk120-1孔所处位置地面标高和孔内深度标高，￠95mm绳索钻具钻头底已经超过黄龙、栖霞灰岩溶洞最深负-430.84m的标高，钻孔底部灰岩完整，所以在孔深379m位置起钻，下入了第二层技术套管￠91mm（￠95mm绳索钻杆），接下来改径用￠75mm绳索取芯钻具施工至终孔孔深（实际孔深1452.42m）。图1
3.施工中遇到的复杂施工地层分析（这里主要是溶洞地层）及其处理。武山矿区以往钻孔施工情况，南北矿带近矿灰岩，溶洞比较发育，本次施工ZK120-1孔，在孔深217m处遇溶洞0.60m，遇到溶洞時机上钻杆快速下放，孔口突然不返水，泵压突然减少，泥浆池水位快速降低，通过快速补充浓泥浆，慢慢孔口开始少量返浆，遇到以上情况我们通过钻进起上岩样填充物为粘土、砂、碎石等，判断出是不大的封闭式有填充物伴有岩层裂隙，此处通过孔外泵送水泥浆（水灰比0.5）到底充填，待孔内稳定24小时再行施工，处理效果很好。在孔深251.40m～251.70m又遇上一小溶洞（也可能是小裂隙）情况和上一个溶洞类似，孔底冲洗液漏失严重，填充物为粘土、砂、碎石等，未经胶结，故较为松散，稳定性极差，极易塌坍，此时先采用优质浓泥浆适当提高粘度来护孔，现场我们买了几十斤新鲜黄豆，投下研磨之后，小溶洞裂隙填充后，孔内开始返水，泵压又开始正常，后面的施工没有碰到类似的溶洞，我们的后续工作为稳妥起见，φ91套管（实为￠95mm绳索钻杆）自孔口下到了379m，把上部的溶洞、裂隙完全封住，为下部的深层次钻探施工打下坚实的基础。
三、zk120-1深孔钻探质量要求与探索技术保证措施及管理体系分析
1.地质设计对zk120-1孔质量要求。⑴矿芯采取率顶底板各5米，采取率为≥85%，岩芯采取率>80%，进入矿层回次进尺控制在1m以内，岩矿芯洗净后按顺序装箱，>5cm用红油漆编号，岩芯箱写明序号、孔号、孔深及矿区名称。⑵下套管前50m下套管后100m需测斜，每钻进100m≯2°。⑶每钻进100m需要进行孔深校正，孔深误差在1/1000以内。⑷水文观测，正常钻进每小班观测1-2次，提钻后下钻前各测一次，间隔10分钟观测一次，遇掉块涌水、崩塌、溶洞等要记录清楚，详细位置。⑸班报表记录应准确、整洁、无误。终孔后装订移交地质归档。⑹终孔以见终孔通知书方可停钻，按地质设计要求封孔及立孔口标志，终孔后岩心及时入库并有管理。
2.深孔钻探施工技术质量保证措施。钻进施工中严格按照地质设计要求的钻孔六大质量指标规范要求执行，严格规范施工。⑴钻进施工中保证岩矿心采取率的技术措施，按地质设计要求，矿芯采取率顶底板各5米，采取率为≥85%，岩芯采取率>80%，要求进入矿层回次进尺控制在1m以内。⑵钻孔弯曲的预防措施。为保证ZK120-1孔钻探施工钻孔弯曲度符合地质设计要求，需要做好以下几点：把好设备安装和开孔验收关、把好开钻钻进和换径关、保持钻具结构的合理性、选择先进的钻进工艺以及合理的钻进参数、把好钻孔测斜关。
参考文献
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作者简介
深部地质钻探钻柱失稳行为分析 篇6
1 深部地质钻探钻柱失稳行为研究的目的和意义
钻柱失稳行为严重的影响了钻探工作的顺利进行, 会增加钻进的摩擦阻力, 加大钻压传递难度, 还会导致卡钻和自锁等事故发生, 使孔壁很难保持稳定, 还会增加钻孔轨迹的控制难度。
我国经过几十年的研究, 在钻柱失稳行为上的研究已经获得了很大的进步。不过, 很多研究过于关注失稳定性与描述, 试验的结果也大多是近似的失稳结果, 还没有提出具体的理论, 确定失稳的过程。我国对钻柱失稳的研究还有一定的局限, 而钻柱失稳有着自身的复杂性特点, 有必要加强对钻柱失稳的进一步研究与试验。使人们更清楚失稳的过程, 及时发现失稳, 理解失稳发生的原因, 更好的进行失稳的理论研究, 验证试验的结果, 以便及时修正试验与理论, 帮助我国深部地质钻探更好的开展工作, 提供重要的参考[1]。
所以, 本文研究了我国深部地质钻探中绳索取心, 通过理论和试验手段, 进行研究与分析, 研究深部地质钻探失稳行为, 帮助深部地质钻探设备的设计进一步完善, 钻探的规程参数也有了足够的理论依据, 防止钻杆发生失稳和自锁等事故, 降低取心钻探工作中钻杆与钻头磨损[2]。
2 深部地质钻探钻柱失稳行为分析
2.1 钻柱屈曲行为的分析
深部地质钻探钻柱孔内的运动形式十分复杂, 还会随着孔深变化, 使钻柱真实运动的形态更难确定。可以将钻柱失稳行为进行以下假设进行分析。
假设钻柱处于线弹性的变形状态, 和孔壁横截面是规则的圆环形或者圆形, 从而忽略了剪力对钻柱的影响, 绕着钻柱进行轴线的旋转, 省略动力效应[3]。
2.2 地质钻探钻孔几何描述
以端点O为圆点, 要建立起OXYZ的空间坐标, 确定直角的坐标系以X轴、Y轴与Z轴作为单位向量。如图1~2所示。
按照钻探的实际情况, 要建立起深部地质钻孔的横向截面, 以R作为钻孔的半径, 以r作为钻孔的中心到钻柱轴心距, 以θ作为钻柱偏转角。
对钻柱螺旋屈曲和临界载荷进行分析, 可以假设中和点下钻柱到螺旋屈曲的状态, 钻柱长度, 可以形成多个螺旋波形, 而扭转会影响钻柱螺旋屈曲, 如表1所示。
以表1可以发现, 扭矩增加会影响钻柱螺旋的屈曲临界载荷变小, 试验结论和实际情况一致, 证明了上述试验中扭矩和临界载荷关系非常正确[4]。
2.3 深部地质钻探钻柱的模型建立
(1) 钻柱有限元分析法
有限元分析法指以变分为原理发展出的理论, 通过计算机完成场问题数值的计算, 用Laplace的调和方程和泊松方程进行物理场的描述, 场和泛函极值的问题有着密切的联系, 可以广泛的应用。
对于常规的力学分析方法来说, 使用有限元法进行分析有以下优势:
能应用在复杂的不同形状和材质的工程结构中进行分析, 可以分析计算荷载、材料和边界条件之间的关系, 可以进行结构动力的分析, 可以进行前、后处理的分段分析, 对方案进行平行的比较, 使用图形或者表格进行计算, 最终利于方案的优化选择[5]。
早在70年代, 对有限元法就应用在钻柱的研究中, 有限元法的线弹性理论进行下部的钻具组合, 对力学进行分析和求解, 建立了钻柱结构的分析。后来, 研究人员把有限元法又应用在钻杆局部的仿真模型研究中。对钻柱研究其它地方, 有限元法也充分发挥了作用, 例如:可以对钻杆的焊缝进行热张力的分析, 可以减少弯曲和变形, 还能利用有限元法, 研究钻杆的焊接残留应力, 研究其对应力残余的分布规律。利用有限元法的线弹性分析常用稳斜的钻具, 分析造斜与降斜等钻具的特点。而这些研究工作都为钻柱有限元的分析方法打下了坚实的基础。
(2) 钻柱有限元方法的应用范围
现阶段, 钻柱有限元方法应用在以下领域内:
钻柱静力学方面的分析:利用有限元法可以对钻柱的结构进行承载荷应力与应变、变形等方面的分析, 如果钻柱作用受到载荷时间影响不会产生太大的变化, 或者完全没有变化时, 可以应用静力学进行分析, 这种分析方法是钻柱研究比较常用的, 基本的类型[6]。
钻柱动力学的分析:钻柱动力学的分析指钻柱横向、纵向扭转、耦合等方面的振动, 对振动形式进行分析, 一般用作钻柱自振的形式与固有的频率振动, 钻柱周期与非周期方面的载荷与动态的响应研究。
钻柱屈曲问题:钻柱屈曲问题是几何非线性的问题分析, 可以以有限元的分析方法来完成钻柱失稳临界载荷的分析, 模拟失稳屈曲的模态和形状, 例如:钻柱受到疲劳破坏等情况, 而钻柱有限元的分析方法在研究中可以从以下几步来完成:
第一步:剖分离散。假设将连续钻柱进行分割, 当分割的为若干单元体, 例如:正四面体、正多面体等。在单元间的节点处进行联系, 由一个集体建立单元集合的整体, 替代原本钻柱, 在节点位置引入等效的加载条件和适当的约束, 代替钻柱实际外载荷和边界条件。
第二步:单元特性的分析。按照分块相似原则, 根据一定标准, 例如:基本函数的关系、力学的关系等。从而建立起求解的未知参数和钻柱节点间互相作用的关系[7]。
第三步:单元组集。把钻柱的单元体按照特定的条件, 例如:连续的、协调的变形, 能量守恒等方面内容。可以组合在一起, 加入边界的条件, 建立以节点量为未知参数方程组。
第四步:求解节点的未知量。对节点变量的未知参数方程进行求解, 要确定节点未知变量具体的数值。而钻柱可以根据有限元的分析方法, 确定无限自由度钻柱, 如果只是有限自由度钻柱的单元集合体, 就可以把问题简化为方便数值求解结构方面的问题。
(3) 钻柱模型的建立
充分考虑好建模的对象, 钻柱结构相对简单, 所以应用命令流可以直接进行有限元分析模型的创建, 可以有效降低计算的成本, 节省计算的资源, 还能提高钻柱模型节点与单元控制工作, 按照实际情况进行模型的网格划分。
钻柱建模可以分以下步骤完成:
第一步:确定建模工作的文件名称、标题及使用的单位制。
第二步:钻柱几何参数与相关参数要完成初始化。
第三步:进入到前置处理器, 可以对建模单元的类型、材料等属性完成定义工作, 创建节点和模型单元。
3 结束语
综上所述, 本文对钻柱的自重、和孔壁间正压力、表现纵向和横向的摩擦力等因素充分考虑, 建立起深部地质钻探钻柱失稳的研究, 按照钻柱失稳的屈曲变形, 将钻柱失稳分为稳定、正弦屈曲、螺旋屈曲三个阶段, 从而确定钻柱屈曲失稳临界的载荷, 确定钻柱载荷的应力。由仿真模拟系统的研究, 可以发现, 钻柱的一般失稳规律可以使我们完成钻柱交变应力大时结构材料进一步优化与设计, 还能提高钻柱的强度, 避免强度被破坏。由于钻柱处于不同振动中固有频率不同, 所以, 分析钻柱周期的频率, 也能帮助研究人员区获得钻探转速等参数, 防止出现共振性的破坏, 保证了钻探工作的安全, 还能提高我国钻探工作顺利开展, 取得最大的经济效益。
摘要：我国对地层的深部开发已经十分迫切, 对深部地质钻探也不断加深, 这就对我国深部地质钻探工作提出更高要求, 要求我国地质钻探的研究人员, 要对钻柱稳定性进行深入的研究。本文对我国深部地质钻探钻柱失稳行为的研究目的和意义进行探讨, 分析了深部地质钻探钻柱失稳行为, 帮助深部地质钻探开展更合理的设计, 获得钻探的科学参数提供参考。
关键词：地质钻探,钻柱失稳
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深部钻探 篇7
1 我国深部矿产勘查现状
1.1 理论研究现状
矿产勘查的目的是为了获取客观的地质信息, 并查明矿产资源的储量。我国关于深部矿产勘查的研究已经形成了包括地质学基础、经济学基础和技术基础在内的主要理论成果。随着科学技术的发展, 在世界上, 关于成矿和矿床原因的理论研究已经取得了突破性的进展, 主要包括地质力学理论、深部流体理论、成矿系统理论等难度较大的理论研究成果。但是, 我国对这些理论的研究力度还不够, 因此, 在深部矿产勘查工作中, 很容易出现难找或找错的情况, 这严重影响着我国深部矿产勘查水平的提高。
1.2 矿产信息采集现状
矿产信息取决于矿产资源特殊的成矿地质条件, 矿床之间既存在地质条件的差异, 又存在其他物质性差异, 而且物质之间还会形成磁性、电性等相互作用。我国已经初步掌握了矿产信息的采集方法, 在矿产勘查中, 地质工作者可以利用化学探测、物理探测、遥感探测等技术手段提取有关成矿的地理信息, 并验证矿体存在的形态分布。随着勘查深度的增加, 我国现行的一些技术手段已经无法适应提取深入地下的地质信息工作的需要。
1.3 人才储备现状
先进的成矿理论要通过地质人才的实践加以实现, 否则, 再新的理论也只是纸上谈兵。由此可见, 人才培养对推动技术进步有非常重要的作用。由于地质工作者的工作环境很艰苦, 使得我国在深部矿产勘查方面的创新型人才并不多, 人才储备不足制约了深部矿产勘查工作的顺利开展。
2 深层矿产勘查方法
2.1 深部钻探技术
钻探技术是我国深部矿产勘查工作中使用范围最广的一种勘查方法, 但是, 由于地质条件复杂, 在实际的矿产勘查过程中, 会遇到许多实际的困难。
2.1.1 复杂地层较多
深部矿产的地质结构比较复杂, 钻头的下探深度越大, 穿越的石层就越多。当钻头遇到松散、坚硬等不同层位的地质结构时, 无法采取有针对性的解决措施, 而且各措施之间也经常会发生矛盾, 导致顾此失彼的情况出现。
2.1.2 钻孔的偏斜距较大
在浅层钻孔的钻取过程中, 钻孔的偏斜距比较小, 钻孔的角度积累一般也不会发生太大的变化, 完全可以满足地质勘查的需要。但是, 随着钻探深度的增加, 钻孔的偏斜距也会随之增大, 这样一来, 就很难确定钻孔的落脚点, 为深部矿产勘查工作带来了不利的影响。
2.1.3 钻探技术施工成本较高
深孔钻探技术的要求比较高, 而且工作量大, 因此, 为了防止孔内事故的发生, 要严格选取钻探设备、材料、工具等。由于在钻探过程中会遇到较多情况复杂的地层, 对设备的磨损也比较大, 所以, 需要经常更换施工设备。这样就大大增加了施工成本。
2.2 地震反射技术
地震反射技术是近几年来在地质勘查领域新兴的一种勘查技术, 它是未来深部矿产勘查技术发展的方向。由于理论研究不成熟, 运用地震反射技术进行地质勘查经常会遇到以下问题。
2.2.1 数据采集干扰因素较多
结晶岩地区往往植被覆盖多, 地面起伏比较大, 而且地表障碍物多, 对野外施工和信号收发造成了很大的干扰。因此, 在实际勘查工作中, 为了提高信号的分辨率, 往往需要提高信号的发送频率, 但是, 增加勘查深度与提高信噪比之间又存在一定的矛盾, 导致两者之间无法权衡统一。
2.2.2 地下介质的干扰
地下介质分布不均匀, 会使地震信号发生反射或散射, 降低信噪比。由于地下岩层结构复杂, 所以, 只能通过三维立体观测才能更加直观、形象地描述其形态变化, 但是, 这会增加地质勘查的成本。
2.2.3 遥感技术
现阶段, 我国矿产资源勘查工作的重点是寻找深矿和隐藏的盲矿。勘查难度的增大, 推动了遥感技术在地质勘查工作中的应用和推广。遥感技术的优势主要是能够连续、宏观、真实地反映深层地质的变化。
运用遥感技术勘查深部矿产, 主要有4个步骤: (1) 根据遥感影像圈的色调基础, 查找一些特殊的影像目标, 并将形态异常的影像体作为勘查的主要对象。 (2) 根据地质环境建立勘查煤矿的模型, 为下一步的实际勘查工作奠定基础。 (3) 运用各种技术、方法和多元素的信息分析方法, 找到成矿规律和开展深部矿产开采的最佳方案。 (4) 利用遥感影像资料和预测的规律延伸成矿区的大致范围;利用遥感技术可以准确预测出矿床的大致范围, 特别是在查找深部矿床时具有十分突出的技术优势。随着高分辨率技术等相关技术的创新发展, 新型的遥感技术设备正在紧张的研发过程中。
3 钻探技术的进步
经过几十年的实践和经验积累, 我国的钻探技术已经取得了突破性的进步。钻探技术的进步主要体现在钻头、钻具和工艺的改良、创新上。这样做, 不仅提高了钻进的工作效率, 降低了施工成本, 还提高了聚晶金刚石PDC钻头在硬度较大的岩层中的钻进效率, 延长了钻头的使用寿命, 最高可达200 m一支, 而机械强度较高的钻杆在双壁钻杆中的应用也提高了机械钻速, 减少了钻头的环状面积。我国已经研发出了多种钻探方法, 可以有效减少各种辅助工作的时间, 而用于煤矿勘探的绳索取心技术可以将纯钻进时间的利用率提高至65%.减少进尺量可达到不同的勘探目的, 分支钻进可以减少无意义的孔段钻进, 它比单孔钻进法节省了1/2的进尺量, 降低了成本。与之不同的是, 定向钻进只需要钻出1个孔就可以确定岩层的形态, 比常规的钻进方法减少了2/3的工作量, 大大提高了施工效率。除此之外, 我国还研发出了适合不同岩石地质条件和施工环境的高效钻探技术, 被广泛运用于水文工程和石油勘探等其他钻探领域。
总之, 我国的地质钻探技术已经取得了质的飞跃, 配套的钻探设备和技术水平都已能完成了更高的经济指标, 各方面的技术研究成果也取得了突破性的进展, 有些已跻身于世界先进行列, 形成了一套独具中国特色的钻探技术体系。
4 结束语
为了满足矿产资源的开发利用需求, 开展深部矿产的勘查工作不仅能顺应时代的发展, 还是我国当前地质勘查工作研究的重点。现阶段, 我国的深部矿产勘查技术已经取得了突破性的进步, 但是, 在实际勘查过程中还面临着诸多技术难题。鉴于此, 我们要排除万难, 结合最新的钻探技术, 提高深部矿产的勘查水平, 为我国的深部矿产资源开采贡献一份力量。
摘要：矿产资源是经济发展的重要物质基础, 由于多年以来对浅层资源的过度开采, 导致地表的矿床数量越来越少, 矿产的勘查和开采也逐渐转向深部矿产。因为深部矿区的地质条件比较复杂, 所以, 为深部矿产的勘查工作带来了诸多的不利因素。钻探技术作为取得真实样品的最佳手段, 成为了深部矿产勘查的主要技术方法之一。
关键词：深部矿产,矿产勘查,钻探技术,矿产资源
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