地質(zhì)勘探金剛石巖心鉆探的施工技術(shù)

　　地質(zhì)勘探中巖心鉆探作為研究和評(píng)價(jià)地址礦產(chǎn)的重要實(shí)物資料來(lái)源，巖心鉆探所得巖礦數(shù)量與品質(zhì)直接影響了地質(zhì)構(gòu)造判斷、礦產(chǎn)資源性質(zhì)評(píng)價(jià)、礦產(chǎn)儲(chǔ)量評(píng)估與礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)等。關(guān)系到地質(zhì)勘探工作的質(zhì)量與可靠性。所以，重視巖心鉆探成為必然。國(guó)內(nèi)目前在巖心鉆探方面主要采用繩索取心巖鉆進(jìn)和金剛石鉆進(jìn)，二者對(duì)對(duì)沖孔的要求和對(duì)孔壁的穩(wěn)定都有較高要求，廣泛應(yīng)用在地質(zhì)勘探領(lǐng)域巖心鉆探[1]。金剛石巖心鉆探施工技術(shù)重視采心質(zhì)量，適合復(fù)雜地層地質(zhì)勘探，可準(zhǔn)確的從孔中采集中對(duì)應(yīng)相應(yīng)孔段巖礦層的巖心，在數(shù)量、質(zhì)量上滿足勘探評(píng)估需求，應(yīng)用價(jià)值高。下面我們對(duì)地質(zhì)勘探中金剛石巖心鉆探施工技術(shù)略作分析。

　　1 金剛石巖心鉆探工藝特點(diǎn)

　　金剛石巖心鉆進(jìn)工藝主要有三大特點(diǎn)，分別是巖粉顆粒細(xì)小、單位時(shí)間產(chǎn)生的巖粉量少，孔壁間隙小和鉆具高鉆速。

　　金剛石鉆進(jìn)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是沖洗液本身不需要也不能采用高粘度和高切力，高粘度沖洗液會(huì)導(dǎo)致細(xì)小巖粉難以沉淀清除，且隨著巖粉含量增加，維護(hù)巖壁穩(wěn)定等性能隨之下降。所以，即使對(duì)沖孔內(nèi)有坍塌物，也必須首先選用防塌性較好的沖洗液沖孔，以達(dá)到穩(wěn)定孔壁的根本目的，避免像其他鉆進(jìn)一樣以增強(qiáng)排粉為目的提升沖洗液粘度。像抑制類(lèi)沖洗液如鈣處理泥漿、鹽水泥漿等對(duì)泥質(zhì)巖屑分散造漿效果較好，但是并不適用于金剛石巖心鉆探，這主要是由于固體礦產(chǎn)尤其是金屬礦產(chǎn)鉆探中遇到泥質(zhì)類(lèi)地層較少，且金剛石鉆進(jìn)的沖洗液需添加潤(rùn)滑劑，會(huì)導(dǎo)致鈣處理泥漿效果下降，鉀鹽類(lèi)抑制劑則對(duì)煤炭地質(zhì)勘探效果較好[2]。

　　金剛石巖心鉆探得以順利實(shí)施的一個(gè)重要條件就是孔壁間隙小，以此達(dá)到高鉆速鉆進(jìn)的目的，同時(shí)也是鉆進(jìn)節(jié)理、裂隙發(fā)育、巖石較破碎地層時(shí)避免或減少孔壁掉塊的重要因素，不過(guò)孔壁間隙小不利于對(duì)沖孔和孔壁的穩(wěn)定?？妆陂g隙作為鉆進(jìn)中影響較大的因素，像蝕變帶地層、泥夾角礫層的鉆進(jìn)，沖洗液防塌性不強(qiáng)時(shí)會(huì)引發(fā)孔內(nèi)蹩水夾鉆，從而導(dǎo)致廢尺、廢孔甚至坍塌事故。像普通金剛石鉆進(jìn)，孔壁間隙小會(huì)提升鉆具的抽吸作用，下降會(huì)產(chǎn)生動(dòng)壓，二者均會(huì)導(dǎo)致孔壁失穩(wěn)[3]。繩鉆大佬內(nèi)管時(shí)部分沖洗液會(huì)返出孔外，孔壁間隙小則會(huì)在每提出1L沖洗液時(shí)導(dǎo)致Φ75孔壁間隙內(nèi)水位下降2m，提出的水量越多內(nèi)里水位下降越深，進(jìn)一步增強(qiáng)坍塌危險(xiǎn)性，實(shí)際施工中也有不少坍塌物抽進(jìn)鉆桿的實(shí)例，另外沖洗液粘度過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致提出水量增加，都需要加以注意。

　　金剛石巖心鉆探的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是鉆具高鉆速，高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)是取得高的小時(shí)進(jìn)尺的重要舉措，配合其他工藝可共同完成巖心鉆進(jìn)目標(biāo)。比如孔壁間隙小可保持鉆具平穩(wěn)，合適的沖洗液可潤(rùn)滑減阻、減磨，繩鉆中沖洗液固相含量少可防止鉆桿內(nèi)壁結(jié)皮。

　　2 金剛石巖心鉆技術(shù)探在地址勘探中的應(yīng)用

　　國(guó)內(nèi)目前在巖心鉆探領(lǐng)域采用金剛石鉆探技術(shù)已成主流，根據(jù)國(guó)內(nèi)1982年頒布的規(guī)程來(lái)看，巖心鉆探主體口徑主要包括46、56、66、76、91?五個(gè)口徑，對(duì)比國(guó)際通行標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，以R（28）、E（36）、A（46）、B960）、N（76）、H（95）、P（120）、S（150）八個(gè)級(jí)別為標(biāo)準(zhǔn)的模式有望成為目前國(guó)內(nèi)與國(guó)際接軌的新一代口徑標(biāo)準(zhǔn)，成為影響金剛石巖心鉆探技術(shù)的重要指標(biāo)[4]。2005年之前國(guó)內(nèi)金剛石巖心鉆探主要采用56?口徑，但是隨著鉆探工藝的升級(jí)、鉆探需求的多樣化，以上口徑已經(jīng)無(wú)法滿足巖心礦評(píng)價(jià)和調(diào)查需求，79?口徑逐漸取代它成為目前鉆探的主體口徑，這與金剛石巖心鉆探工藝的發(fā)展、鉆進(jìn)行業(yè)發(fā)展需求、相關(guān)技術(shù)指標(biāo)等均有密切聯(lián)系，成為目前巖心鉆探的主流口徑。不過(guò)，由于鉆孔口徑越大鉆探成本越高，所以在口徑的選擇上目前又出現(xiàn)了新變化，56?口徑再次興起。我國(guó)目前的巖礦分析技術(shù)和鑒定水平經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，與56?口徑時(shí)興的年代已存在天壤之別，在口徑發(fā)展方面經(jīng)歷了返璞歸真的發(fā)展歷程，在56?口徑即可滿足多礦種巖心勘探需求的今天，不再簡(jiǎn)單以口徑大小作為巖心礦評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)行技術(shù)條件下，56?口徑巖心鉆探已可滿足多種地質(zhì)礦產(chǎn)研究和分析需求，地質(zhì)效果獲得突破性改善。依托當(dāng)前快速發(fā)展的電子技術(shù)和分析技術(shù)，巖心礦分析已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、儀器化與信息化，可對(duì)礦巖樣品中多達(dá)七十余種有機(jī)成分和無(wú)機(jī)元素進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，這意味著在金剛石巖心鉆探技術(shù)領(lǐng)域56?口徑鉆探完全可以滿足當(dāng)前需求。

　　金剛石巖心鉆探技術(shù)的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)適用于復(fù)雜地層。像膠結(jié)性很弱的砂、礫石層、風(fēng)化巖層、斷層角礫層等，使用硬質(zhì)合金鉆頭并下套管互孔即可完成巖心鉆探。金剛石巖心鉆探中經(jīng)常遇到的是金屬礦產(chǎn)地質(zhì)鉆探，困擾鉆進(jìn)的孔壁不穩(wěn)定地層主要以復(fù)雜地層中的含泥與角礫斷層帶地層、水敏性地層中的蝕變巖層、破碎地層中破碎層帶等，當(dāng)孔內(nèi)漏水或伴有涌水層時(shí)，鉆進(jìn)工作的技術(shù)難度更進(jìn)一步加大。像破碎地層，因風(fēng)化作用與地層構(gòu)造影響產(chǎn)生斷裂破碎帶，形成斷層泥、糜棱巖、壓碎巖、碎塊巖和片狀巖等交互存在的巖層，由于孔徑小、孔壁間隙小，鉆進(jìn)過(guò)程中破碎巖塊掉落現(xiàn)象嚴(yán)重，可以說(shuō)是目前困擾金剛石巖心鉆探技術(shù)的一大難點(diǎn)，也是未來(lái)技術(shù)升級(jí)的重要方向。另外一種水敏性地層是以粘土礦物為主的巖層，比如煤田地質(zhì)條件下常見(jiàn)的泥巖、粘土巖與頁(yè)巖等，金屬礦產(chǎn)地質(zhì)條件下常見(jiàn)的綠泥石化、高嶺石化等斷層泥層和蝕變巖層等，這些地層孔壁遇水后，會(huì)因膨脹作用導(dǎo)致縮徑或者巖層剝落，因水的濕潤(rùn)作用出現(xiàn)片狀或塊狀掉落等。所以水敏性地層巖心鉆探技術(shù)問(wèn)題的解決也是未來(lái)金剛石鉆探技術(shù)的另一發(fā)展要點(diǎn)。在復(fù)雜地層巖心鉆探施工中，鉆孔漏水可以說(shuō)是困擾鉆進(jìn)的典型問(wèn)題。像鉆孔漏水情況，常見(jiàn)于裂隙構(gòu)造，由于本身開(kāi)放性、伸展性和成群性，所以導(dǎo)致鉆孔漏水情況發(fā)生。裂隙的主要結(jié)構(gòu)特征是以裂隙傾角、裂隙寬度為主，寬度上多數(shù)不超過(guò)0.005mm，少數(shù)寬度較大者達(dá)到幾毫米或者更高。鉆孔漏水的防治關(guān)鍵在于裂隙的堵漏，裂隙本身的分布、表面的粗糙度與密集程度、裂隙的連通性和充填物等，都會(huì)影響防治效果[5]。

　　地質(zhì)勘探巖心鉆探作為礦產(chǎn)研究開(kāi)發(fā)的重要組成部分，鉆探施工技術(shù)直接決定了巖心礦產(chǎn)采集質(zhì)量，鉆探過(guò)程中雖然會(huì)遇到許多技術(shù)難題，但是在積極分析施工問(wèn)題的基礎(chǔ)上加強(qiáng)技術(shù)研究、實(shí)踐與開(kāi)發(fā)，將會(huì)更好地服務(wù)于金剛石巖心鉆探施工技術(shù)的進(jìn)步，服務(wù)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。