探矿工程岩心钻探技术的发展与创新

220探矿工程岩心钻探技术的发展与创新
周 涛
（甘肃省有色金属地质勘查局天水矿产勘查院，甘肃　天水　７４１０２４）
摘 要：
随着社会经济的高速发展以及城市化建设的持续深入，社会已经进入到了全新的发展进程中，这也为各大社会行业的发展起到了良好的促进作用，而在这种背景下，社会各界对于矿产资源的需求量也在逐步提升，这也在潜移默化之间提高了对于钻探技术所产生的要求。

如果仍旧在其中采用传统的钻探技术，不仅很难满足现代钻探工作开展的基本需求，还会降低整体钻探效率以及钻探质量，所以，这就需要科学合理的引入岩心钻探技术，确保基本的钻探施工质量不会受到影响。

因此，文章首先对地质岩心钻探技术的基本概述与主要发展趋势加以明确；其次，对探矿工程岩心钻探技术存在的问题与引发原因展开深入分析；在此基础上，提出探矿工程岩心钻探技术的发展与创新。

关键词：
探矿工程；岩心钻探技术；存在的问题；发展创新中图分类号：Ｐ６３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：
１００２－５０６５（２０２３）１７－０２２０－３Development and Innovation of Core Drilling Technology in Exploration Engineering
ZHOU Tao
（Ｔｉａｎｓｈｕｉ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇａｎｓｕ　Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ　Ｍｅｔａｌｓ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｔｉａｎｓｈｕｉ　７４１０２４，Ｃｈｉｎａ）
Abstract:　Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｃｉａｌ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｄｅｅｐｅｎｉｎｇ　ｏｆ　ｕｒｂａｎｉｚａｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，　
ｓｏｃｉｅｔｙ　ｈａｓ　ｅｎｔｅｒｅｄ　ａ　ｎｅｗ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ，　ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｐｌａｙｅｄ　ａ　ｇｏｏｄ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｓｏｃｉａｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｃｏｎｔｅｘｔ，　ｔｈｅ　ｄｅｍａｎｄ　ｆｏｒ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｆｒｏｍ　ａｌｌ　ｓｅｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｓｏｃｉｅｔｙ　ｉｓ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，　ｗｈｉｃｈ　ａｌｓｏ　ｓｕｂｔｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｉｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｒｅ　ｓｔｉｌｌ　ｕｓｅｄ，　ｉｔ　ｗｉｌｌ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｂｅ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｍｏｄｅｒｎ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｗｏｒｋ，　ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｑｕａｌｉｔｙ．　Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，　ｉｔ　ｉｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｌｌｙ　ａｎｄ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ　ｃｏｒｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｓ　ｎｏｔ　ａｆｆｅｃｔｅｄ．　Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，　ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｆｉｒｓｔ　ｃｌａｒｉｆｉｅｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ａｎｄ　ｍａｉｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄｓ　ｏｆ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｒｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；　Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，　ｃｏｎｄｕｃｔ　ｉｎ－ｄｅｐｔｈ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｃｏｒｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；　Ｏｎ　ｔｈｉｓ　ｂａｓｉｓ，　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｒｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．
Keywords:　ｍｉｎｅｒａｌ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；　Ｃｏｒｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；　Ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ；　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ
收稿日期：
２０２３－０６作者简介：周涛，男，生于１９９０年，汉族，陕西城固人，本科，工程师，研究方向：探矿工程。

在当前的经济发展进程中，相对于那些世界先进的钻探技术来说，我国地质勘探岩心钻探工程在开展进程中，无论是在装备水平还是技术水平等方面，都处在一种较为落后的状态中，尤其是在深孔岩心钻探领域的发展进程中，国外所采用的各类先进技术手段以及工艺措施，还并没有在国内得到较为全面的推广应用。

所以，为了有效促进我国整体钻探领域的可持续发展，实现对于矿产资源的高效开发与应用，在结合实际情况的基础上针对探矿工程中所采用的岩心钻探技术进行必要的创新优化。

1 地质岩心钻探技术的基本概述
地质岩心钻探技术，其所指的主要就是操纵钻孔到达不同的地下深度，并获取到对应深度的地质岩心以及矿样等物质，从而展开专业化的研究与分析，将分析得出的结果当做后续基层地质作业以及探矿工程开展的基本依据。

我国最早是在十九世纪末期开始引入地质勘探技术，其中所采用的各类地质勘探设备都是在国外所引进的，在后续的发展进程中才开始进行地质岩心钻探设备的自主研发，但现阶段我国所采用的钻探技术，基本上所采用的仍旧为上世纪的设计模
式，整体技术手段方面较为落后，各类核心部件仍旧需要国外进口，整体成本消耗都处在较高的水平上。

同时，那些全新的钻探设备，也并没有在我国得到广泛应用，尽管我国对于部分先进技术已经进行了学习，但仍旧处在初级的起步阶段中，没有得到全面应用。

然而，虽然我国在政策方面为钻探技术的发展提供了支持，但整体行业发展速度仍旧比较缓慢，在后续钻探阶段中也会由于地质钻探技术比较落后而引发比较严重的问题出现。

因此，为了在根本上解决钻探技术发展较为缓慢等问题，就必须要逐步提升对于各类全新钻探技术的推广力度，可以在其中适当的引入部位国外技术理论知识，以此为基础来促进钻探技术水平的稳步提升。

除此之外，我国现阶段的各类矿产资源，其都处在一种相对比较稀缺的状态中，这也成为了影响经济发展的关键所在，所以，为了有效提升对于矿产资源的开采质量以及开采效率，就要逐步提高在人力与财力等资源方面的投入力度，特别是在近年来的发展进程中，随着国家方面各类政策内容的充分落实，使得越来越多的企业参与到了地质钻探行业当中，但这样也会逐步加大地质钻探的整体工作量，这样会进一步突出现阶段在钻探技术以及钻探设备方面存在的不足之处[1]。

2 地质岩心钻探技术的主要发展趋势
2.1 国外岩心钻探技术的发展趋势
矿产资源在本质上属于一种不可再生资源，随着社会经济的飞速发展，人类对于已勘探资源进行了较大规模的开采
与应用，导致整体矿产资源的数量不断降低，但人类社会以及科学技术的发展，都需要各类矿产资源提供支撑，这样也会在潜移默化之间提升资源消耗与人口增长之间存在的矛盾。

所以，在现阶段资源开发利用的基本前提下，必须要采取针对性措施来提升各类资源的利用率，并提高对于先进钻探设备的研究力度，这一点也属于国际资源钻探行业后续发展进程中必须要重点关注的内容。

而除却需要对陆地中各类矿产资源进行充分开发之外，也要提高对于海洋勘探技术的重视程度，海洋中矿产资源的含量较为丰富，有利于缓解我国出现的资源紧缺问题。

2.2 国内岩心钻探技术的发展趋势
首先，我国在钻探设备的研制与发展方面取得了较为优异的效果，现阶段我国针对钻探设备所进行的自主化研究正在持续深入，并且在其中取得了多种成果。

无论是在钻具还是钻机的研究与开发方面，我国都取得了极大的进步。

然而，目前钻探设备的发展情况仍旧不能乐观，这主要是由于大规模的钻探设备在开发方面还存在着一些难以攻克的技术难题。

所以，在我国后续针对钻探设备进行研制时，需要在其中进一步结合后续设备的应用场所以及性能需求等内容，这样就可以针对不同地址结构来研制出与之对应的钻探设备。

其次，在钻探技术方面也呈现出持续发展的状态，在当前社会经济高速发展的背景下，社会各界对于矿产资源所产生的需求都在持续提升，这也使得深层地质资源勘探受到了社会各界的重点关注，但由于地质环境方面具备着极其显著的复杂性特征，这也为钻探技术的发展提出了更加严格的需求。

特别是在海洋领域中，钻探技术已经得到了较为广泛的应用，不仅能够降低各类不良气候条件所产生的影响，还可以对深层矿产资源进行深入开发。

最后，地质钻探技术的发展目标是实现现代化应用。

在未来的发展过程中，应采取针对性措施，以实现对地质岩心钻探技术的现代化应用。

这也是整个地质钻探行业发展的主要目标[2]。

3 探矿工程岩心钻探技术存在的问题与引发原因
3.1 岩心钻探技术中存在的问题
（1）钻探装备方面存在的问题。

在我国钻探行业的发展进程中，内部所采用的钻机技术水平比较低，相对于那些经济发达国家来说仍旧有着较为显著的差距，这些因素都属于制约钻探水平提升的主要因素。

而在钻头的主要驱动方式方面，当前采用的主要为转盘式石油钻机或是立轴式岩心钻机，这两种类型的钻机在后续的应用阶段中，也存在着完全不同的故障率，并且由我国自主研发的液压动力头钻机整体发展速度较为缓慢，很难满足后续深孔岩心钻探的基本需求。

而对于内部存在的钻探架高度比较低等问题，在后续也要进行重点关注，引发这种问题出现的主要原因，就在于探矿工程的开展受到了高钻架适用性以及经济能力等因素产生的影响。

（2）孔壁稳定性。

在进行深孔钻探工作的实际过程中，内部存在的孔壁稳定问题主要涉及到了地层裂变以及口径变化等，这也是后续钻探工作开展进程中发生几率比较高的一种问题。

在实际钻探施工过程中，所产生的井喷、口径变化等多种问题，都是由于孔内井壁的稳定性没有达到标准而引发的，再加上对于具体情况的了解程度不足，这样也会导致后续所采用的各类解决措施也没有起到预期的效果。

而在后续工作过程中，也必须要加大对于孔壁稳定性问题的重视程度，并在正式进行钻探之前做好合理的预测工作，通过合理的应急预案来降低各类事故所产生的影响[3]。

（3）钻探过程中存在的问题。

在钻探过程中影响较为严重的问题就是钻井液使用问题，而在传统地质岩心钻探工作的开展进程中，通常都会采用合理使用化学处理剂，以及加水稀释等多种方式来对钻井液的综合性能进行调整。

然而，采用这部分方式虽然可以在短时间内取得较为显著的效果，但钻井液后续的维护成本比较高，引发浪费问题，严重情况下还会在钻井当中产生坏死土，不利于后续钻探工作的顺利开展。

3.2 岩心钻探技术各类问题的引发原因
（1）工程因素。

目前工程因素也被称之为人为因素，简单来说，岩心钻探技术中涉及到的工作人员，一旦其没有提高自身的安全意识，或是对于钻探阶段中所用设备的操作方式没有进行全面掌握，这些都会在潜移默化间提升各类故障问题的发生几率，这部分错误行为不仅会影响到钻探矿物的综合质量以及钻探的数量，严重情况下还会直接威胁到钻探人员自身的生命安全。

并且目前部分岩心钻探工作当中，其所制定的安全制度存在着一定程度的缺陷，这样也会导致后续工作中各类安全措施无法得到全面落实，这样会进一步提高风险因素产生的影响，一旦具体施工区域中的地形地貌比较复杂，也会提升材料与设备运输风险的发生几率，一些设备在后续使用阶段中还会产生漏电或是短路等问题，不利于工作的顺利开展。

（2）气候因素。

气候因素同样属于影响岩心钻探工作安全性的主要因素，而由于岩心钻探技术的整体工作量比较高，在工期上也十分紧张，如果过于重视施工进度而忽略了安全工作，就会引发较为严重的安全隐患问题出现。

针对那些气候条件较为恶劣的地区来说，内部很容易出现冻土融化或是雨雪天气等情况，这样都很可能引发较为严重的安全问题出现。

（3）地质因素。

在应用岩心钻探技术的实际过程中，其很容易就会受到周边各类地质因素所带来的不良影响，从而加大坍塌等严重问题的发生几率，并且在钻探区域当中产生了断裂等不良现象，再加上区域外围的地形条件相对较为复杂，这样也会使得钻探工作在开展进程中，钻口部位很容易出现松散等问题，尤其是在地层当中存在覆盖层的情况下，由于其自身具备着易碎特征，很容易就会引发漏水或是塌孔问题[4]。

4 探矿工程岩心钻探技术的发展与创新
4.1 合理解决以往探矿工程岩心钻探技术中存在的各类问题
首先，要重点提高孔壁的安全性与稳定性，降低地层孔
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隙压力所产生的不良影响，由于岩心钻探技术应用过程中所产生的地层孔隙压力比较高，这就需要在结合实际情况的基础上来确定好孔隙压力的具体情况，现阶段针对地层孔隙压力进行确定的方式主要为两种，第一种是钻探前的预测，需要在其中及时查阅与地震层相关的资料信息，并结合完整的计算方式展开合理预测，通常都会采用深度计算或是直接计算等方式。

第二种则是钻后检验法，在钻井工作顺利结束后，就要对测井的资料展开合理的评估与计算，这样就可以得出较为准确的地层孔隙压力，并在后续工作过程中有效克服地层孔隙压力产生的影响。

同时，应提高对地层破裂压力的重视程度。

地层破裂压力可能导致孔壁出现严重裂缝或开口等问题，甚至直接导致钻探工作失败。

通过具体研究发现，地层破裂方向与最小水平应力密切相关，因此应以此为基础，更好地降低地层破裂所带来的影响。

其次，需要解决探矿工程中钻探设备的问题。

目前使用的钻探设备无法满足深层岩心钻探的需求，这是一个值得重点关注的问题。

建议采用全液压动力头钻机作为主要驱动方式，并结合高速顶驱和转盘的驱动方式来实现深层岩心钻机的运转速度达到约600r/min。

此外，还应合理选择塔架高度。

最后，在实际钻探阶段，应提升钻井液的合理应用。

引入全新的钻进液固控技术，这样就能够对钻井液的稳定控制，而其中所涉及到的固控设备主要为离心机等设备，这部分设备在应用过程中，能够避免那些杂物或是粘土混入至钻井液当中，确保钻井液当中优质黏土的整体含量不会受到影响，从而调整钻井液性能。

这是优化钻井过程的重要目标之一[5]。

4.2 保证探矿工程岩心钻探技术应用的安全性
首先，为了提升探矿工程岩心钻探技术的安全性和稳定性，需要建立一个完善的安全管理机构。

在形成这个机构时，需要明确岩心钻探技术的特点，如工期紧张、工作环境恶劣和工作量大等，并以此为基础制定完整的安全管理措施，以有效管理岩心钻探工作，降低各类安全问题发生的概率。

同时，我们还应组建由专业的安全管理人员组成的安全管理小组，其中项目经理担任组长，设有安全员。

在探矿工程岩心钻探的具体工作流程中，他们可以帮助操作人员明确自己的安全责任，并确保责任能够充分落实到每个人，从而提高安全管理效率和质量。

其次，我们还需要采取更加高效的安全保障措施。

对于具体的工程因素，我们应制定更完善的安全保障措施，全面检查探矿工程岩心钻探所使用的各种设备，并及时进行维护保养工作，以降低短路和漏电问题的发生概率，合理防范触电风险。

同时，还要确保工作人员清楚各项安全防护措施的具体内容，以确保他们按规范佩戴各种安全装备。

对于由工作人员引发的安全隐患，我们应在正式工作之前积极进行安全培训。

具体的培训内容应包括安全制度和操作规范，在其中需要确保涉及到的操作人员，其对于钻探方案的内容有着更高的理解程度，这样就可以有效实现对于各类安全问题的合理预防。

在后续进行安全教育时，对于那些影响较为严重的危险源，就应当在结合实际情况的基础上，制定出内容更加完整的应急措施，而后采取现场演练等多种方式来提高应急措施的可行性，更好的促进后续工作的顺利开展。

4.3 合理的引入金刚石岩心钻探技术
在采用金刚石岩心钻探技术的实际过程中，其对于冲孔以及孔壁的稳定性方面有着较为严格的要求，但其整体应用效果比较优异，这也使得金刚石岩心钻探技术大多应用在那些地层情况较为复杂的工作环境中，这样可以有效提高后续岩心资料后续的准确性与稳定性，确保岩心钻探技术的应用效果能够稳步提升，满足后续资源评估等多种工作开展对于岩心资料方面产生的需求。

目前的金刚石岩心钻探技术，其在实际应用过程中所产生的岩粉数量以及规模都比较少，在具体应用时，应当避免在其中采用黏度比较高的冲洗液，否则就会导致那些规模比较小的岩粉很难得到彻底的清洗，特别是在钻探工作持续开展的情况下，这些岩粉就会大规模堆积，不利于工作的顺利开展，严重情况下还会影响到整体钻进效率以及钻进质量。

所以，这就需要在使用金刚石岩心钻探技术的过程中，选择那些防塌性较为优异的冲洗液，避免在后续冲洗阶段中影响到孔壁的稳定性，还可以在其中混入适量的润滑剂，从而更好的开展钻探工作；其次，还应当针对金刚石岩心钻探技术应用过程中的钻速展开稳定控制，这样可以更好的实现小时进尺，而后通过其他工艺措施的合理应用，提高岩心钻进工作的整体质量。

比如孔隙间隙比较小的情况下，就要保证钻具的平稳性，通过对于冲洗液的合理选择来降低磨损情况，有效促进后续各类工作的顺利开展[6]。

5 结论
在当前的社会发展进程中，随着各类现代化技术的高速发展，其也对地质勘探工作的开展起到了良好的促进作用，而通过对于岩心钻探技术的合理应用，能够在根本上提升地质勘探工作的开展效率以及开展质量，这也使得岩心钻探技术逐步成为了地质勘探中所采用的核心技术。

然而，在实际应用阶段中，由于部分客观因素产生的影响，内部仍旧存在着一些较为严重的问题，这就需要在结合实际情况的基础上合理解决这部分问题，从而有效促进钻探行业的稳定发展，这对于保障我国能源安全来说也起到了十分重要的作用。

[1] 王达,赵国隆,左汝强等.地质钻探工程的发展历程与展望——回顾探
矿工程事业70年[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2019,46(09):1-31. [2] 周勇.岩心钻探技术与作业安全研究论述[J].甘肃冶金,2018,40(04): 118-120.
[3] 陈古健.关于深孔岩心钻探中相关问题的探讨[J].中国高新区,2018 (08):201.
[4] 冯建国.深孔岩心钻探技术问题分析[J].世界有色金属,2017(18):283-
284.
[5] 刘治.小口径岩心钻探技术在页岩气地质调查井中的应用分析[J].探矿
工程(岩土钻掘工程),2017,44(09):32-37.
[6] 王学君.地质岩心钻探技术及其在资源勘探中的应用[J].世界有色金
属,2016(17):91-92.
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