钻探工艺和方法的选择

阿特拉斯.科普柯（中国）有限公司 李学军

钻探工艺和方法的选择，是地质勘探专家必须面对的问题，获取岩芯还是岩屑样本，直接关系到勘探项目的效果和成本。

在现有的钻探工艺和方法中，获取岩芯样本主要通过采用金刚石绳索取芯法（WL ），而获取岩屑样本主要采用反循环法（RC ）。金刚石绳索取芯法具有取芯深度较大（>2000米）、取芯质量高、设备体积较小等优点；局限性在于效率较低（20-70米/天）、需频繁提取岩芯管、单位钻探成本较高、工艺较复杂。反循环法则具有样品量足质优、工艺简单、上返速度快、单位钻探成本较低、效率高（300-400米/天）、适用范围广等优点；局限性在于深度较小（<600米）、设备体积较大等。

图1 绳索取芯钻探示意图 图2 反循环钻探示意图

取岩芯还是取岩屑

图3 阿特拉斯科普柯公司的岩芯钻机产品

图4 阿特拉斯科普柯公司的反循环钻机产品

那么，在勘探工程中到底是采用取屑法还是取芯法呢？从目前的技术及工程实际来看，答案更趋向于：两种方法结合使用。

理由是显而易见的，作为采取地下固体矿物样本的技术，传统的金刚石取芯法（包括绳索式和传统式）已经得到广泛应用，而为了高效经济地获得深部矿体的信息，用反循环钻进进行开孔作业是一种不错的选择。开孔完成后，钻探人员可根据需要来决定是继续用反循环法取得岩屑样本，或是换用金刚石岩芯钻机进行取芯作业。这样，反循环法就成为了金刚石取芯法的完美补充。

我们可优先考虑三个决勘探工作是否成功的主要因素：时间、成本和样本置信度，即完成勘探项目所需的时间和费用，以及取到的样本在多大程度上真实地反映了矿体的实际情况。阿特拉斯.科普柯公司的产品专家Jan Jonsson

先生形象地用以下的公式表达了这三者的 CS 系列地表钻机 DIAMEC 系列坑道钻机 MUSTANG 系列多功能钻机

EXPLORAC 系列反循环钻机 MUSTANG 系列多功能钻机

关系：

样本置信度 =利润率 时间X 成本

1）时间因素：

金刚石岩芯钻探是利用金刚石钻头对孔底岩石进行高速、低扭矩的磨削，钻进速度较低；反循环法是利用潜孔锤进行冲击钻进，钻进速度较高。在实际钻探施工中，通过均衡运用岩芯钻探法和反循环法，可以节省大量的时间。图5是两种方法联合使用的示意图，在该案例中，首先钻I 、II 孔，全程采用岩芯钻机进行取岩芯作业。根据I 、II 孔的地质数据，在钻III 和IV 孔时，在矿体之上采用反循环开孔作业，即不取芯作业，从而达到经济高效的钻进。

图5

表1是岩芯钻探和反循环钻探联合使用的时间因素分析案例。从中可见，用一台反循环钻机开孔，可以配合并满足三台岩芯钻机一天24小时的勘探作业。合理地联合使用这两种方法，时间因素带来了明显的效益，在这种方式下，岩芯钻探只占总进尺的25%。

2）成本因素

在钻探工程中，成本主要与时间因素有关。虽然反循环钻机的设备投资较高，但随着钻探进尺的增加，当两种方法结合使用时，费用会显著减少。表2是表1所示案例的费用分析，很好地证明了这一点。

不取样时快速而经济的RC 钻进 全程取样孔

表1

3）样本置信度因素

投资人和地质专家都要求钻探承包商提交高质量的勘探区域的地质资料，所以样本置信度的重要性是显而易见的。

那么，如何合理选择钻探方法呢？我们认为以下几点至关重要：

1）如果不需要获得连续的样本，即可考虑反循环和岩芯钻探结合使用，可节省整个钻探时间。

2）矿体的几何形状已经清楚，只需再证实精确的边界，可采用反循环法。

3）对空白区域进行初次扫面勘探，目的是为了初步探明矿物含量。可采用岩芯钻探，以得到可靠的结果，从而弄清资源量或储量。

4）如果已识别出矿化构造但边界或含矿率多变，可考虑采用反循环法以便确认连续变化的品位。

5）有的项目需要干燥而有代表性的样本。以前由于技术条件的限制，在地下水位以下

应用反循环法被认为会影响样本质量，只能采用岩芯钻探法。但现在，由于采用了

高风压空压机及潜孔锤、封闭式钻头等技术，使在此情况下利用反循环法成为可能。

6）地层条件对钻探方法的选择也非常重要。如果钻探过程中断裂带的一些信息被遗漏的话，就可能产生置信度低的样本，这时岩芯钻探可能是唯一选择。

表3显示的是2002年取屑法和取芯法在全球各地区大概的应用比例，可见两种方法各占50%。除了各个国家和地区不同的钻探标准之外，习惯和环境因素也对钻探方法的选择起着很大作用。有的用户对反循环钻机的益处认识不深刻，认为设备投资较大，但没有完全了解其在时间和成本方面的优越性；在偏远和环境敏感地区，由于岩芯钻机的轻便性，用户大多偏爱岩芯钻机。

综上所述，在地质勘探工程中，合理、均衡地选择取岩芯法和取岩屑法，是取得最佳钻探效益的关键。地勘专家在寻找这种平衡过程中起到非常重要的作用，阿特拉斯.科普柯公司作为世界著名的专业钻机制造商，也将继续为中国用户提供先进、适用的勘探钻机设备。