鉆探技術

深部找礦/深孔鉆探存在的技術難點

1.鉆孔結構復雜

深孔鉆探,由于鉆遇的地層種類較多,地層相對復雜,因此,一般采取多級孔徑設 計,需要采用多級套管,開孔及上部孔徑加大。鉆孔直徑的增大會造成地層側壓力的增 加,對于松散破碎且傾角陡斜的地層,孔壁的穩定性變差,不穩定的巖石就會向孔內滑落 和坍塌。因此,具體應采用何種鉆孔結構,必須根據鉆孔深度、終孔直徑、地層以及鉆探 方法和工藝等確定,在可能的情況下,應盡量減少孔徑級數,縮小鉆孔直徑。


2.護壁堵漏難

金屬礦床多為構造破碎帶控礦,硬、脆、碎、酥、漏是多數礦區地層的特點。進行深 部找礦鉆探,幾乎所有的鉆孔都要穿過斷層和破碎帶。大裂隙發育的地層常發生貫通性的 孔段全漏失;小裂隙多而密集的地層常遇部分漏失或全漏失;疏松地層大部分發生滲漏或 部分漏失。多數鉆孔是漏失、坍塌、掉塊并存,多層位坍塌、掉塊給護壁帶來困難,大量 漏失又使沖洗液護壁難度加大,尤其是深孔、斜孔,施工周期長,地層被鉆穿后裸露時間 長,易造成孔壁失穩,護壁堵漏就更加困難。用水泥護壁,保持時間短,對泥質、粘土質 多的地層效果不佳,往往不能適應深孔施工周期長的要求;用多級套管護壁效果較好,但 會使鉆孔結構復雜,套管越深回收越困難,從而增加鉆探成本,經濟性差。


3.鉆探效率低

硬巖鉆進受地層復雜、裂隙發育、巖石破碎、坍塌、掉塊、漏失等不利因素的影響,鉆進困難。特別是堅硬破碎、可鉆性9~12級的巖石(如硅質巖、變粒巖、赤鐵礦等)和 結構致密、弱研磨性的打滑地層(如細粒弱研磨性石英巖、高硅化結構致密的砂巖等),鉆進就更加困難,不僅機械鉆速低,而且鉆頭壽命和回次進尺短,提下鉆和打撈巖心等輔 助時間都大大增加,使鉆孔鉆探效率大大降低。


4.防斜糾斜難

受成礦條件和地質構造的影響,多數金屬礦區地層巖石硬,并發生褶皺、彎曲,地層 傾角較大,特別是層理及片理發育、各向異性明顯、軟硬互層的地層,造斜強度大,而深 孔鉆探,鉆桿剛性小,技術規程參數不易控制,又難以采取復雜的防斜措施,因此,易造 成鉆孔彎曲,而一旦發生鉆孔彎曲,由于地層硬,造斜難,效率低,加上深孔糾斜信號傳 遞誤差大,給深孔糾斜帶來很大難題。從目前研究成果和實鉆經驗來看,基巖地層鉆進,地層因素往往是造成鉆孔彎曲的主要原因。對于深孔鉆探而言,重要的是掌握并利用礦區 鉆孔彎曲規律,因地制宜,從改進鉆孔設計、鉆探技術方法及工藝入手,采取有效的防 斜、糾斜技術措施加以控制解決。對特別易斜復雜地層,要采用受控定向鉆探等特殊鉆探 技術才能解決,否則,就難以順利達到設計目的要求,嚴重的會導致鉆孔報廢,造成重大 的經濟損失。


5.操作難度大

目前,深孔鉆探主要采取金剛石WL鉆進。為提高鉆桿螺紋強度,將接頭鐓粗,使鉆桿與孔壁之間、內管與外管之間間隙進一步減小,壓力損失大,泵壓高,開泵、停泵時容 易產生壓力波動。當鉆遇漏失和涌水地層,壓力波動會更大。此外,升降鉆具過程中所引 起的抽吸力和擠壓力也會產生波動,升降鉆具速度快,鉆具與孔壁間隙越小,沖洗液黏度 和切力越大,壓力波動越大。壓力波動會影響孔內壓力平衡,嚴重時會造成孔壁失穩,產 生孔內事故,因此,要求升降鉆具要平穩,以減少壓力波動。


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