对如何提高深部钻探取芯质量的思考和建议

袁明文 姚改委

（河南省有色金属地质矿产局第六地质大队河南洛阳４７１００２）

摘要：深部地质矿产调查过程中，调查手段和方法主要采用的是钻探、地球物理勘探、化探、遥感、现场编录等。其中钻探在于深部资源的勘探中是非常重要的手段之一。深部钻探施工中获取地下岩（矿）心可以有效地判断矿区深部的地质情况。如何提高深部钻探取芯质量，提高取芯采取率，文章从优选深部钻探岩矿取芯设备、优化钻探取芯施工工艺和方法、完善钻探取芯质量保障措施、选拔优秀施工管理技术人员等若干个方面，提出了独特的想法，使得在深部钻探过程中，能够有效地提高钻探岩（矿）心采取率，为地质找矿工作提供真实可靠的地质资料。

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关键词 ：提高；深部钻探；取芯质量；想法和措施

中图分类号：P634.5文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．07．００４１

０引言

随着国家经济发展，矿产资源的需求量也在不断的增加，如何能够在钻探过程中提取更多的岩（矿）心，也就是说如何提高岩（矿）心的采取率，就显得更为重要．

目前世界上在深部地质勘查中，采用的手段和方法主要采用的是利用钻探、地球物理勘探、化探、遥感、等手段和方法。在这些勘查手段上，无论是对地球深部还是浅部矿产资源的勘探中，钻探是非常重要的手段之一。

钻探的目的就是了解地下深部资源的情况，了解的渠道就是通过提取地下岩（矿）心并对其观察，描述。必要的话，进行分析化验，做深一步的综合研究。

１优选深部钻探岩矿取芯设备

钻探岩矿取芯设备、器具和技术方法不仅直接影响钻探效率、施工成本、取心质量及地质成果，而且对于缩短勘探周期，加快矿山开发利用，还具有一定的社会意义。

优选钻探取芯设备，提高钻探取心设备性能，需要遵循以下几个原则：

（１）根据设计施工的目的、技术要求和施工条件等，先确定钻机的类型，再选择与钻机设备配套的泥浆泵、钻塔、动力机等器具。

（２）钻机类型首选择重心较低、变速范围较宽、立轴行程较大的钻机。

（３）钻机类型首选电力驱动，并备有发电机组的钻机。

（４）选择当前实际在生产中的使用情况较好符合国家标准或行业标准的定型设备。

（５）选择同类厂家系统总成、部件等是否有互换性的生产设备。

（６）钻深在２ ０００ ｍ左右的深部探矿工程，需要事先进行调研国内有无设备后，再考虑选购进口设备。

（７）其它深部探矿配套设备，如钻塔、泥浆泵等，应当一并考虑选型和配套问题。

我们国家的钻探设备和技术，比其国外还是有一定的差距。主要原因还是过高的价格和技术壁垒，因此，为了解决这个问题，就需要我们国家的科研技术部门，还有相关的设备生产企业，加快这方面的技术开发、研究、引进工作，尽快生产出适合我们国家钻探施工的独特钻探设备和施工工艺。

国际上目前深部探矿主要采用长行程全液压动力钻机进行取心。这种设备的特点就是行程较长，启动和停止平稳，设备各项动作调控方便，对进行斜孔钻探施工最有利。绳索取心钻进时，取心和加钻杆时具有无须将钻杆提离孔底的优点，特别是在复杂的地层中，这种钻探设备优势更加明显。

现阶段我们国家采用的钻探设备主要是机械传动和液压控制的立轴岩（矿）心钻机和以金刚石绳索取心为主体的钻探器具。这种设备的特点是操作方便，维修方便，结构简单，成本低廉，可靠实用。简单地层中取芯效果较好，但是在复杂地层中，取心时需要将钻具提离孔底较大距离，容易引起孔底坍塌掉块和钻头重复破碎造成岩（矿）心堵塞，影响取芯质量和效果。

如何提高我国未来地质找矿钻探效率和降低成本，开发利用机械传动液压控制长行程立轴式不停车倒杆岩（矿）心钻机，采用无主动钻杆于机上加杆，配套高效节能 绳索取心及空气反循环连续取样钻探技术手法，将是一个主要的方向。当然，在这个改进和提高的过程中，由于国外设备价格的昂贵而导致我们无法购置利用，这样就导致先进的设备和技术在我国地质找矿过程中无法应用，间接的影响了我们找矿钻探取芯工作的完整、连续性，从而某中程度上影响了我们的找矿成果。

２优化钻探取芯施工工艺和方法

若想在深部钻探过程中，取得完整岩（矿）芯，就必须对现有的钻探取芯施工工艺和方法进行优化。

最早的岩（矿）心采取率概念就是取出的岩（矿）心长度和钻进进尺之比。但是随着地质和工程勘探的发展，施工中对钻探取芯质量要求的提高，很多时候还要求取出具有代表岩层结构、构造、成分、颗粒级配的原结构状岩（矿）心样，如进行金属矿产勘探时，提取原结构状岩（矿）心，可以有效的防止分选和人为贫化等；相对于脉状、条带状等矿体可以防止打丢散落等。进行多方位的提取岩（矿）芯就能够保证反映含矿层的真实厚度和品位。因此，在目前的地质勘查过程中，对于钻探取芯提出了两个指标，一个是岩（矿）心的采取率的内容，另外一个就是岩（矿）心的原状结构程度。

对于岩（矿）心采取率要求内容的提高，必然也带动对钻探工作的要求的提高，那么，优化钻探取心的施工工艺和方法也是提高岩矿心采取率的一个重要的环节。

目前使用的常规钻探取心方法可以满足浅部比较完整或不很严重破碎的基岩以及泥岩等地层取心的质量要求。对于砂卵石覆盖层、软酥脆岩层、破碎的挤压破碎带、基岩的断层带、软弱夹层等这类结构比较复杂的地层，人们必须经过采用特殊的工艺技术措施和特殊的工具才能满足取心的质量要求。对于一些复杂的地层，采用目前的施工工艺和方法，开展钻探取心工作非常困难，代表性样品的地层只能通过一定特殊工具采取，而且仅仅提取到部分，这些复杂困难的地层主要包括地表附近的人工堆积层、近代沉积的浅表层、砂卵石地层中的架空层、石英砂岩卵石层、无细颗粒充填的均匀砾石层等；基岩中已挤压破碎成均匀粗颗粒，又无粉状物充填的硬碎地层以及抽水井、降水井周围卵石层等，这些地层中的钻探既不能保证岩（矿）心采取率要求，更不能保证岩样结构的地层。所以，针对这样复杂的情况，加大研究力度，优化钻探施工工艺和方法更是迫在眉睫。

除了提高对各种地层钻探取芯施工工艺和方法外，在钻探取心过程中，特别是深部钻探的岩（矿）心提取中，对钻具的优化使用也是非常关键的。

采用合适的钻具在不同的地质环境中能最大限度的提高钻探岩（矿）心采取率。深部钻孔施工过程中影响岩（矿）心采取率的取芯钻具有三个方面：钻具的种类、结构和加工质量等。钻具包括单管钻具、孔底反循环钻具、单动双管钻具等。其中单管钻具只在岩层完整和对取心质量无严格要求的地层中使用，孔底反循环钻具存在岩（矿）心严重分选和混乱等缺陷，现在在施工中已经很少应用。单动双管钻具所用的钻头有电镀金刚石钻头、热压孕镶金刚石钻头、硬质合金钻头和复合片钻头等。一般情况下，在深部钻孔的施工中应该根据岩石的不同特征，选择相适应的钻头类型、设计相关的技术参数，这样才能获得较好的岩（矿）心采取效果。选择钻具类型和设计参数的基本要求是要能够钻进速度快，钻进中不易堵岩（矿）心，不因切削具的振动而破碎岩（矿）心，磨损岩（矿）心等。实践证明如果选择的钻头进尺快，岩（矿）心在钻头处停留的时间就短，被冲洗液冲刷的时间也就短；钻头设计的内径磨损小，不呈喇叭口，保径效果好，在钻探施工过程中就不易堵岩（矿）心，就能避免岩（矿）心自磨；硬质合金双管钻头和复合片钻头不设计内出刃，这样在软岩中钻进不会因为钻具的晃动使岩（矿）心直径变小；如果选用硬质合金钻头和复合片钻头在某些硬度不高的脆性岩层中钻进，就会因为振动较大，岩（矿）心破碎呈小颗粒状和砂砾状而无法卡取（如大理岩、硅质岩、白云岩等）。上述施工工艺和方法都对深部钻孔取芯质量有重大影响。

在进行深部钻探取芯的施工过程中，除了钻具施工工艺和方法需要优化以外，优化选择合适的清洗液对于提高岩（矿）心采取率也是很重要的。传统的冲洗液采用清水加润滑剂的水溶液、泡沫液、泥浆及聚丙烯类无固相冲洗液等，对岩（矿）心都有液化、冲刷、浸润作用，结果会导致钻具中岩（矿）心中的松软破碎的细颗粒成分溃散而被冲掉，造成岩（矿）心损失、丢、漏等，从而致使钻孔岩（矿）心采取率降低。为了优化清洗液的施工工艺和方法，有效地提高深部钻探岩（矿）心的采取率，目前运用现代植物胶类粘弹性钻井液，除了具备液化、冲刷、浸润作用功能以外，还具有保护岩（矿）心（护胶作用）、降摩阻效应、粘弹性减振作用等三大特殊功能，这三大特殊功能为在复杂地层中进行钻探施工、提高取心质量创造必须的先决条件。其中目前使用最简单，效果最好的粘弹性钻井液是Ｓ系列植物胶钻井液。

３完善钻探取芯质量保障措施

要想在深部钻探取芯过程中取得良好的找矿效果，必须完善钻探取芯质量保障体系，从而来保障钻探岩（矿）心的采取率。

深部钻探施工中的岩（矿）心钻探取芯工作的目的是为了了解矿体深部变化情况。因此钻探施工过程和技术管理应严格执行《固体矿产勘查原始地质编录规定》和《岩芯钻探规程》。结合实际情况对钻探工作技术要求如下：

（１）岩矿芯采取率：矿体和矿体顶底板围岩３～５ ｍ范围内的采取率不得低于８０％。在矿层中钻进时，回次进尺一般不大于０．５～１ ｍ，若连续两个回次或进尺１～２ ｍ采取率低于８０％，要及时采取补救措施。岩层分层采取率平均不得低于６５％、穿矿孔径不得小于７５ ｍｍ。

（２）孔深验证：见矿和终孔后必须验证孔深，深度大于１００ ｍ的钻孔，每５０ m需验证孔深，见矿层处、下套管前和终孔后要加密校正点，验证时要用钢尺丈量钻具，并认真作好记录，孔深验证最大允许误差为１‰。

（３）钻孔弯曲度：深度大于１００ ｍ的钻孔，每５０ m需测定一次弯曲度，钻孔顶角的最大允许弯曲度在100 m间距内不得超过２°。孔斜、孔深测量要同时进行，不允许过后补作。

（４）简易水文地质观测：施工钻孔遇漏水、涌水、坍塌等现象时，必须及时记录其孔深位置，严重漏水及破碎坍塌孔段，不得随意采取堵漏，封孔等措施，要及时报告水文地质人员，待测定水位后方可采取措施，继续钻进。

（５）原始班报表：要干净整洁、内容齐全、数据准确，岩芯牌要逐回次填写清楚，岩芯干净摆放有序。终孔后岩芯要及时移交，及时入库。

（６）封孔：各项工作完成后，按要求进行封孔。

（７）钻孔质量验收：终孔后应组织地质、水文、测量、探矿施工人员对钻孔施工过程中的各项工作进行质量验收，

（８）岩（矿）心拍照：对所有施工完毕并经过质量验收合格后的钻孔岩心，逐箱全部数码拍照。终孔拍照后的岩芯要及时移交，及时入库。

４选拔优秀施工管理技术人员

科学发展，以人为本．无论什么样的工程和项目，都离不开人的要素．地质矿产勘查项目，也不例外．一旦被具有地质矿产勘查资质的相关单位确立以后，如何将地质矿产勘查项目，按质保量的完成，给承托方一个满意的成果，需要与地质矿产勘查项目有关的各方面的共同努力才能完成。

地质勘探工作中，特别是深部钻探取心的工作，是一项非常重要的工作，直接影响着施工效果和找矿效果。开展这项工作的目的就是为所在的地质勘查项目服务。因此，在整个钻探施工过程中，要想让钻探取心的工作得以正常进行，要想提高钻探取心的采取率，除了优选深部钻探岩矿取芯设备、优化钻探取芯施工工艺和方法、完善钻探取芯质量保障措施外，选拔优秀施工管理技术人员去落实执行完善，也是十分有必要的。因为，深部钻探取心工作是一项专业技术性比较强、业务技术要求比较高的工作。因此，必须选择优秀的施工技术管理人员去施工管理，只有这样才能了解钻探施工和取心的整个施工设备和施工工艺、施工技术等工作流程。做到程序合规，科学施工。也只有这样，才能有效保证钻探施工质量，提高深部钻探中岩（矿）取心的采取率，从而达到找矿目的。

５结语

在进行矿产地质勘查深部找矿过程中，要想提高深部钻探岩（矿）心采取率，实现良好的找矿效果，就必须做到优选深部钻探岩矿取芯设备、优化钻探取芯施工工艺和方法、完善钻探取芯质量保障措施，并选拔优秀施工管理技术人员去落实执行完善。只有这样才能有效地提高深部钻探岩（矿）心采取率，使得最终提供的岩（矿）心完整、真实、客观地反应矿区深部地质情况，使得取得的样品数据和结果更加可信、可靠，提交的资料更加有利用价值，也为将来的找矿研究工作和所在矿区后期的开发利用工作提供坚实的第一手资料。

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参考文献

１姚改委．地质手段方法在矿山采空区调查中的应用浅析［Ｊ］．地球，２０１２（１１）

２张永勤． 我国地质找矿取心（样）钻探设备现状及提高效能的分析研究［Ｊ］．探矿工程（岩土钻掘工程），２００６（８）

（责任编辑 吴汉）