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发布日期:2019-12-27  浏览次数:300
 在地质勘探工作中,为探明矿体或地质体的形态、产状、深度、规模、结构和储量的工程技术称为勘探技术,包括钻探工程和坑探工程。在地质勘探中,通常以钻探工程和坑探工程为主,辅以地球物理勘探和地球化学勘查。地质勘探钻探,根据地质设计,在预定地点,利用钻探设备钻穿岩层,取得岩样、水样、土样等实物资料,并通过钻孔进行地下物理测量或地下水动态观测等,在地质勘探中应用最广。
  在分析了目前我国地质工作对钻探技术的需求以及地质钻探技术现状的基础上,提出了我国地质钻探技术的远期、中长期、近期发展目标,明确了近期研发工作的重点和计划,并强调了科技创新,新方法、新技术的应用的重要性和加强探矿工程专业委员会作用的问题。
  目前常规钻探技术,实例是富源新兴矿矿区:钻探揭露的地层顺序自上而下是:Q为黄土,平均厚度15.56m,松散,钻孔易坍塌,用150mm无心钻头穿过后下入146mm孔口管;T1l-P2sh以泥岩、泥质砂岩为主,夹含砾砂岩,平均厚度466.78m,由风化残积土及砾石充填,呈松散半胶结状态,赋存大量孔隙,软硬互层,钻进时受钻具振动碰撞和泥浆冲蚀作用,钻孔常发生坍塌或漏失现象,用113mm普通型PDC复合片钻头钻进;P2s以泥岩、粉砂岩为主,夹含砾中~粗粒长石石英砂岩(K5),平均厚度305·32m;P1x泥岩,细~粗粒长石石英砂岩(K4),平均厚度113.08m;P2s-P1x地层硅质胶结,岩溶裂隙发育,地下水力联系密切,断层破碎带常出现漏失—涌水—漏失现象,用113mm普通型和加强型PDC复合片钻头钻进;P1s泥页岩,粗砂岩(K3),炭质泥岩及煤层,平均厚度137.82m,其S3、S2、S1为主采煤层;C3t黑色泥岩,燧石条带灰岩(K2),中粒石英砂岩(K1),炭质泥岩及煤层,平均厚度71.17m,其中t4、t3为主采煤层;02m泥灰岩,中~粗粒长石石英砂岩,平均厚度42.66m;煤系地层硅质胶结,灰岩多破碎,且研磨性大,构造裂隙较发育,稳定性较差,透水性强,地下水丰富,承压水力大,钻孔缩径或涌水时有发生。本区煤质为肥煤和焦煤,煤质硬度小,脆性大,取出的煤心多呈碎块及粉末状,取心难度大,用113mm普通型和加强型PDC复合片钻头钻进,煤层用108mm半合管取煤钻进。
1. 钻探设备及技术创新
  1.1钻探设备
  钻探设备是钻探科学中起决定作用的因素,它是钻探行业生产力发展水平的标志。要改变现行钻探工作,人干一半,机器干一半重体力活的状况,我们科技工作者要走的路还很长。八十年代探矿钻机以XY-4为代表,探明了大部分800米以内孔深的资源,800米以内的资源大都开采完或逐渐减少。2000年以后,随着矿产资源的短缺,以XY-4-4、XY-5机型为主体的探矿设备,揭示了很多1400米深度以内的矿产。以后矿产资源开采,一是,浅部越来越少,往深部发展;二是,国外资源的利用。今后钻探设备的设计方向,钻机控制系统要电子化,人性化,井内观测影像清淅、准确化。钻探技术发展要与时俱进,加快步伐,钻探技术的创新,给我们在国际市场上提高竞争力,解决我国能源供应与需求的“瓶颈”问题。
  1.2加强技术创新
  技术创新的核心内容是科学技术的发明和创造,其直接结果是推动科学技术进步,提高社会生产力的发展水平,进而促进社会经济的增长。通过技术创新可实现技术跨越式发展,在短期内获得显著的技术经济效果,使一些常规方法难以解决的问题得到解决。这里举1个钻探技术领域技术创新取得显著成效的实例。
  实例是中国大陆科学钻探工程科钻一井。该项目是在坚硬的结晶岩中施工5000m连续取心钻孔。这种施工在我国没有先例,在世界上也属高难度钻井工程。该井在施工时采取了一系列的技术创新,涉及套管和钻进施工程序、取心钻进技术、扩孔钻进技术和井斜控制技术,最终获得了高效、优质的施工效果。由于采用螺杆马达一液动锤一金刚石取心钻进方法,使机械钻速提高50%以上,回次长度由3m提高到8~9m,大大节省了施工时间和成本。
  1. 3加强新方法、新技术应用
  新方法、新技术从研发出来,到在钻探施工中得到普遍应用,通常需要花很长的时间,做大量的应用工作。应用工作包括宣传、现场演示、技术培训和技术交流等。这些环节工作效果的好坏,都会直接影响到科技成果转化及其得到实际应用所需的时间,影响地质钻探技术现代化的进程。为获得好的效果,该项工作应有计划、有组织地开展,因为研发单位通常只是从本单位的利益和眼前的利益考虑应用工作,而该项目工作的计划和组织实施,需要一种全局性和长远的考虑。这些年来,在钻探技术研究与应用的所有环节中,科技成果应用是相对比较薄弱的环节,加强此方面工作是当务之急。
  1. 4加强探矿工程专业委员会的作用
  地勘单位管理体制改革后,我国现在已经没有全国性的探矿工程专业技术管理部门。尽管中国地质调查局还在组织公益性的钻探技术研究开发和应用,但由于其与大量的地质钻探技术研发单位和应用单位之间没有行政关系,只能通过项目与一些单位进行联系,并且中国地质调查局地质钻探技术研发工作的重点仅限于与该局的职责和任务有关的方面,并不涉及地质钻探技术的所有方面。因此,中国地质调查局也无法对全国的地质钻探技术的发展做全面规划。现在唯一能做这件事的机构应该是中国地质学会探矿工程专业委员会。探矿工程专业委员会是一个行业性组织,在地质钻探行业具有号召力。该委员会应该利用其号召力,组织地质钻探行业的专家考虑地质钻探技术的发展大计,包括制定发展规划、制定标准和规范、开展技术交流和技术培训等。中国地质调查局应积极配合,协助探矿工程专业委员会开展此方面的工作。
2.钻探新技术在矿产勘查中的应用实例 
  2.1钻探技术应用愈来愈专业化。其专业化主要呈两种表现方式:第一,在矿种方面趋于专业化,如膨润土矿钻探、硅藻土钻探、土矿钻探、砂矿钻探、高岭土矿钻探、盐并钻探等。第二,在施工区域方面趋于专业化,如卵砾石层钻探、黄土地区钻探、水上钻探、污染地区钻探、河谷区钻探、冻土层钻探等。近年来我国加大投资力度向地质找矿勘查倾斜,特别加强矿、煤炭的勘查,许多新技术的运用也更多地在这两个领域得到实践,如在煤炭勘查方面,已有大批勘察单位采用MRD钻探技术,它可以取芯、可以在坚硬岩石里定向运动,先垂直向下,然后水平钻进,按你的要求轨迹运行。简单地说,如果有一个事先打好的孔,它可以摸到那个孔位。这种技术还在石油天然气勘察中得到广泛运用,由此可见,其专业化在矿产勘查中的作用越来越明显。 
  2.2众所周知,在西部很多地区存在干旱缺水、地层破碎漏失的地质特性,钻探施工时如果按传统做法采用水作为循环液,那么施工过程中需要配备专门的供水车,而且要到很远地方拉水,这样一来成本非常高。仅供水的施工费用就占总施工费用的好几成,即便同期采用了节水钻探技术,因供水造成的成本高的状况仍然难改观。这类极端缺水地区钻探的难题,直到开发了空气组合新型钻探技术才算是得以解决。它属于非传统节水钻探方法的创新突破,充分利用空气无处不在的特点,以空气或仅消耗少量水的泡沫液作为循环介质,将当前先进高效的空气钻进与绳索取心钻探技术有机结合起来,钻探效率要比水钻的钻探效率高60%~100%,成本将降低到30%~50%。由此可见,新技术应用带来的可观经济效益。 
  2.3在众多胶结松散、振动易碎的地层中,历来取心率很低,大概为10%~30%,传统钻具所取出的“岩心”,仅有几个砾石而已,松散胶结物皆被冲蚀、磨损,往往使地层被误判,上下层位被颠倒。这些问题多年来一直困扰着钻探界的技术人员,直到研制出射流式双管钻具后才得以解决。此技术的应用,不但钻探采心率大幅提高,而且能较完好地保持地层原状的结构。用射流式取心工具采取的岩心为柱状,采取率为90%以上,地质资料被完整地采取上来。多年的实践证实,这项技术在这类地区的钻探施工应用具有里程碑式的意义。 
3.结束语 
  总之,为加强地质工作,实现地质勘查工作的要求,必须研发及应用当代最先进的钻探技术与装备,尽早使设备更新换代。采用最新的钻探技术及工艺方法,提升矿产勘查的技术水平和经济效益。

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