深部矿产勘探与受控定向钻进技术方法思考

　收稿日期:2009-08-30

　作者简介:黄才启(1964-),男(汉族),安徽怀宁人,安徽省地矿局321地质队副总工程师、钻探工程公司经理、高级工程师,探矿工程专业,从事特种钻探工程技术研发、推广应用与管理工作,安徽省铜陵市狮子山区,q mx_44168@

1261com;刘良根(1963-),男(汉族),安徽合肥人,安徽省地矿局321地质队副队长、地质调查所所长、高级工程师,

矿产地质专业,从事矿产地质技术开发研究和探矿工程管理工作。

深部矿产勘探与受控定向钻进技术方法思考

黄才启,刘良根

(安徽省地质矿产勘查局321地质队,安徽铜陵　244033)

摘　要:钻探是深部地质找矿取得真实样品唯一经济有效的必需手段。深部钻探是一个极其复杂的模糊体系。要高度重视深部钻探的重要性,深刻认识深部钻探技术难度。钻孔偏斜将是制约深部地质找矿成果关键因素,受控定向钻进是唯一有效的技术方法,并可实现一主多支钻孔,大幅度节约钻探工作量及勘探投资。要研究小口径地质勘探受控定向钻探孔底马达驱动钻进技术。要完善受控定向钻探技术装备和造斜工艺器具配套。关键词:深部;地质找矿;定向钻进;技术方法;分支孔;器具配套;思考

中图分类号:P63417 文献标识码:A 文章编号:1673-2464(2009)S1-0122-03

人类的生存与发展完全依赖于地球资源,可以说,人类文明发展史就是一部利用、开拓地球资源史。现阶段世界性资源紧缺和技术能力迫使人们首先向地球深部发掘资源。我国已将拓展深部矿产勘查作为现阶段的国策,依靠科技创新推动深部找矿工作,在全国掀起了深部找矿热潮。

深部矿产资源的勘查开发受深部各类隐伏区复杂地质构造和探测技术水平制约发展缓慢。深部矿产勘查工作需要依赖先进可靠的深部钻探技术。钻探是取得深部地下真实样品唯一经济有效的手段,是最终验证地质勘查理论与技术指导成果和物化遥探测推断结论真伪、估算矿产资源量不可缺少的技术方法。

笔者系矿产勘查基层单位,就深部钻探工作及定向钻进技术发展提出几点思考,供业界参考。1　认识深部钻探难度,高度重视,加强技术研发111　思考1:要充分认识深部钻探的客观困难

首先需要深刻地认识到深部钻探,不是浅孔钻探简单的延深或长度的放大,而有着质的差别。

浅孔钻探结构简单,设备简便,工艺技术简易,钻探技术含量少,属简单粗放体力劳动,技术问题和质量问题不突出,偏差后果不严重,掩盖了

钻探技术重要性。

深部钻探有着浅孔施工所不具备的许多困难,有着多项难以逾越的难题,是制约人类向地球深部拓展研究的关键技术。11111　钻遇复杂地层多

深部地质构造复杂程度增加,深部钻探穿越岩石层位较多,钻遇坚硬、破碎、风化、松散、软弱、水敏、漏失等复杂层位增多,甚至几种复杂层同时(交替)存在。技术解决措施复杂,甚至措施相互抵触相互矛盾,顾此失彼。11112　钻孔偏斜距离大

钻孔角度变化随深度累进式发展,受地质构造复杂多变性影响和钻探工艺客观缺陷及其选用合理程度的制约,绝大多数趋向增大、复杂无规律。对于中浅孔,除特别情况外,钻孔角度累进变化不大,钻孔绝对偏斜距离也相应较小,完全满足地质勘探要求;对于深孔,则是质的变化,即使按百米递增015°～1°,深度1500m 钻孔偏斜距约100～200m ,如若方位变化较大,钻孔落点更难确定,

钻孔更深呢……显然不能满足勘探要求。11113　岩石样品采取难

钻取样品是钻孔的首要目的,复杂岩层取心本是钻探较为专业的难题。深部地质作用力大,复杂

层位多,程度更加严重,取心困难问题更加突出。研究结构科学的取心钻具和工艺先进的钻进方法以及相适应的设备成为专业课题。

11114　钻探施工成本高

深孔钻遇复杂层多,工艺技术要求特殊,生产负荷大,防止孔内事故成为首要事项(否则可能导致巨大损失),这就需要先进的设备、钻探材料和工具,其性能、强度、韧性、密封、耐压等要求高,淘汰报废率高。深孔钻探所需设备大,能耗高。钻遇复杂层多,技术处理费用大。辅助时间多,纯钻时间率低。事故处理难度大、耗费高。材料耗损大增,维修停产等待多,设备笨重搬迁难……,生产效率和成本分别呈指数降低和增加,需要成倍的经济投入作支撑。

112　思考2:要高度重视深部钻探工作

在我国,地质勘探属非主流行业,完全受制于国家政策,没有建立和形成自主的地勘经济基础,各项地质工作和关联产业没有雄实的经济支撑,学术理论、技术方法和地质装备较为落后,钻探设备功能单一,缺乏自动化、智能化,劳动强度大;钻探材料性能低,机械加工精度差,无统一执行的国家标准;工作艰苦,待遇低下,新人才引不进,老技术过时陈旧,与现代数字化技术脱节,人才匮乏,研发推广力量薄弱,技术力量与深钻要求差距很大。

在这轮开发深部矿产勘查热潮中,普遍只重视地质技术和物化遥技术研究开发,忽视钻探技术工作,思想意识深处认识不足,钻探依旧维持在低技术简单性生产水平上,无资金积累,无能力开发引进新设备、新材料、新器具、新技术、新人才。然而事实证明:向地球深部开拓完全取决于钻探技术,忽视钻探终将导致地质勘探成果难以实现,甚或导致伪成果及因此造成巨大损失。

近年来,国家重视超深地学研究,投入巨资开展中国大陆科学钻探(科钻一井5158m)、中国白垩纪大陆科探井(松科一井1810m),借助石油、水源钻井设备和专业器具,工艺技术取得了长足进展,并创有世界性钻探成果。科钻项目的成功实施,一方面表明了超深地学研究依靠深部钻探技术支撑,深部钻探工程需要坚实的经济投入支撑。另一方面也显露出深孔固体岩心钻探设备匮乏,技术性能落后,专业器具配套不成系列,缺乏统一标准等问题。

我们认为,重视钻探是开展深部勘探的首要工作,重视钻探已迫在眉睫,现阶段需要大力投入,深入开展设备、钻材、工具、仪器研发,推进设备现代化、钻材优质化、钻具系列化、仪器电脑化。

我们建议,重视钻探需要改变现有地质勘探投资运作模式,国家应制定出台合理的投资运行管理办法,将地质研究、物化遥测探和钻探工程分块投资、分块管理;设立市场运作保护基准价,细化费用基准定额;实行监理制,严格监管核定投资费用,杜绝侵占挪用钻探工作费用。

113　思考3:要加强技术研究开发工作

深部矿产勘探是一个极其复杂的模糊体系,是一门专业性极强的技术工作,与之相关的每一个因素都相互关联、相互作用,每一个工序、每一个环节都可能存在问题,需要深入研究解决。

石油钻井已成体系,配套齐全,并已标准化。固体矿产地质钻探有着与石油钻井不同的自身固有特点,在借鉴、引进、消化石油钻井技术的同时,要综合分析各种钻进工艺不同特点,充分考虑荷载、强度、韧性、密封、耐压、泥浆处理与净化、钻孔结构、工艺特点、电液气自动化、智能化、声像化等技术要求,制定科学合理的技术标准,包括设备标准(如钻机、泥浆泵、泥浆处理与净化、钻塔井架)、钻材标准(如钻杆及接头、钻具及钻头)、专用及特种工具标准、仪器及配套设施标准等;要研究钻探工艺技术,包括钻孔结构、钻进工艺方法、泥浆护壁与流变性、复杂层综治、取心技术、轨迹控制与定向钻进、孔内事故预防与处理;要优化设计,优选设备,保证质量,提高效率;要研究钻探经济技术内在规律,着重技术可行可靠性,关注经济效能合理性。

2　认识定向钻进技术意义,抓住核心技术,注重工艺研究,强调技术精度

211　思考1:要充分认识深部钻探之定向钻进技术的深远意义

受控定向钻探是主动控制钻孔轨迹,使其按预定曲线钻进命中目标靶点(区),从而达到深部找矿高精度勘探要求,解决钻孔偏斜和陡斜矿体勘探问题。该技术可实现一主多支的羽状或伞状钻孔,大幅度节约钻探工作量及勘探投资,缩短勘探周