發布時間：2013-04-18所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 在過去的多年中，我國的地質鉆探行業為地質找礦和經濟建設做出了巨大貢獻，地質鉆探技術也在此過程中得到了很大發展。危機礦山接替資源勘查工作的啟動，對鉆探技術提出了更高的要求，本文就巖心鉆探技術的發展和國內巖心鉆探最新技術進行簡要介紹，并深入探討
摘要：在過去的多年中，我國的地質鉆探行業為地質找礦和經濟建設做出了巨大貢獻，地質鉆探技術也在此過程中得到了很大發展。危機礦山接替資源勘查工作的啟動，對鉆探技術提出了更高的要求，本文就巖心鉆探技術的發展和國內巖心鉆探最新技術進行簡要介紹，并深入探討 巖心鉆探沖洗液的應用。
關鍵詞：巖心鉆探 發展 技術 沖洗液
Abstract: In past years, China's geological drilling industry for geological prospecting and economic construction has made great contributions to geological drilling technology also has been great development. This paper provide a brief introduction to the latest technology development and national core drilling, core drilling techniques, and depth of core drilling fluid of application.
Key words: core drilling; development; technology; lavage
中圖分類號：P634.6 文獻標識碼：A 文章編號：
1 地質鉆探技術的發展概況
從建國初期到2006年，我國的地質巖心鉆探取得了十分顯著的成就，相應的工程地質鉆探技術也取得了長足的進步。從技術上講，它一般受到以巖石破碎機理及理論、相關領域科學技術的發展、社會的進步與時代的需求這三個方面的影響。
新中國1949年成立后的10年，是工程地質鉆探技術的創建與起步階段，開發的新技術及應用的新技術主要體現在：中硬以上巖層使用鐵砂鉆進，中巖以下巖層使用硬質合金鉆進；在地質的覆蓋層和圍巖中采用無巖心鉆具，創造并采用了多種取心鉆具；研究推廣了優質泥漿護孔技術；開展了砂礦鉆探和利用礦區的地層規律進行定向鉆孔技術。這期間的生產效率逐步提高，完成的工程量隨建國初期的建設高潮而達到1500萬米。
20世紀60-70年代，這是在十分困難的條件下進行工作，開發的鉆探新技術有：使用新工藝開發出金鋼石鉆進；研制成功液壓沖擊回轉鉆具；采用水力反循環工藝進行連續取心試驗并取得成功；金鋼石鉆頭制造技術取得重大突破，人造金鋼石鉆頭問世并在全國進行推廣；液壓沖擊器開始用于生產。這期間完成的地質巖心的鉆探量達到6 000萬米，在艱難的條件下取得十分顯著的成績。
伴隨我國的改革開放，80年代是鉆探技術空前發展時期，鉆探技術的進步主要有：大面積推廣金鋼石鉆進工藝；定向鉆取得成功應用；采用地壓平衡等多項技術，突破了高溫地熱井的難題；一批鉆探工藝及鉆具制造技術取得突破；水域鉆探技術有了長足的進步；創造并積累了鹽湖鉆探的經驗；鉆探技術拓展到巖土鉆掘相關領域。這期間完成的地質巖心的鉆探量達到2 400萬米。
90年代地質礦產勘查任務隨著市場經濟驅動有較大調整，側重緊缺與稀貴礦產重點勘探，鉆探質量要求越來越高，工作量連年下降至每年數十萬米，技術和工藝的明顯進步有：金鋼石鉆進、繩索取心與沖擊回轉鉆進成為常規鉆進技術；多工藝空氣鉆進、高精度定向孔技術成功應用；中低溫地熱鉆探開發效果顯著；完成許多巖土鉆掘、基礎工程與地質災害的高難工程；研究開發了非開挖鋪設地下管線的技術；微機監測與控制系統在鉆探生產中取得成效，科學鉆探已經起步。這期間完成的地質巖心的鉆探量達到500萬米，雖然總量上減少，但對鉆探質量的要求與日俱增。
2國內巖心鉆探技術的討論
2.1金剛石繩索取心技術
繩索取心(WL)鉆探技術被稱為鉆探技術第一次革命，已有近60年的推廣應用歷史。在全球地質找礦鉆探施工中是應用最廣泛、綜合地質效果最佳的鉆探技術。 自上世紀70年代中期我國開始推廣應用，但在應用廣度和深度上與國外發達國家相比存在較大差距，利用繩索取心鉆探技術完成的巖心鉆探工作量仍不足全部固體礦產巖心鉆探工作量的30%。國產繩索取心鉆具存在材質不佳、加工質量差、易折斷和脫扣等問題，不能滿足1000米以深鉆孔的需要。而深部找礦一般采用的替代方案是使用內徑可以通過繩索取心鉆具內管的普通鉆桿來完成鉆孔取心作業，這就在完成取心作業的同時增大了鉆孔工作量。例如Φ89mm鉆桿+Φ75mm型繩索取心鉆具+Φ94mm鉆頭的鉆具組合。
金剛石鉆頭的使用壽命是限制金剛石繩索取心技術應用于深部找礦的另一個原因。自上世紀60年代開始研究，70年代開始推廣金剛石鉆探技術以來，我國金剛石鉆頭制造水平有了很大提高，但是其使用效果與國外仍存在較大差距。雖然在金剛石超硬復合材料方面進行了大規模的攻關研究，制造了一些聚晶、復合片產品，但其性能也遠遠趕不上國際水平。這就使得國內金剛石鉆頭鉆進壽命短、效率偏低。據調查，我國的金剛石鉆頭壽命在硬巖地層還不足40米。
2.2液動沖擊回轉鉆進技術
勘探技術研究所于上世紀60年代開始此項技術的研究，經過幾十年的開發、改進，已經形成不同用途、多種規格的系列液動沖擊器。特別是YZX127型液動潛孔錘在2006年完工的中國大陸科鉆一井施工中創下了總進尺4038.88m、平均小時效率1.13m、平均回次長度6.31m的好成績。但是在普通鉆探生產條件下，由于泥漿固控系統還停留在傳統的泥漿池加循環槽讓巖粉自然沉淀的水平，在鉆進過程中泥漿固相含量較高，導致液動潛孔錘內的零件頻繁卡死，工作壽命大幅度降低，從而導致提鉆頻繁。在推廣過程中，其優點雖為大家所認識和接受，但是實際應用卻較少。
2.3空氣泡沫鉆探技術
該技術是原地礦部“七五”和“八五”期間的重點科研攻關項目，由勘探技術研究所、長春地質學院和甘肅地礦局等科研院所、高校和相關生產單位聯合完成。經過不同環境條件及機具試驗研究總結了一套比較成熟的泡沫工藝和鉆進規程。由于其后正值地質鉆探工作量銳減，而此技術在初期投資、能耗和后期泡沫劑回收方面的費用都比普通鉆進技術高，因此其推廣應用處于停滯狀態。
3深入探討巖心鉆探中沖洗液的應用
3.1沖洗液的分類
在進行鉆探過程中，孔內使用的循環沖洗介質主要功能是冷卻鉆頭、排出巖屑、保護孔壁等。按介質的成分不同可分為“清水鉆孔沖洗液”、“泥漿鉆孔沖洗液”、“泡沫鉆孔沖洗液”等。隨著科學技術的發展，巖心鉆探用的沖洗介質的種類越來越多，大致以下三類：液態沖洗介質（簡稱沖洗液），是以水和油為主體的沖洗介質。包括清水（淡水）、鹽類飽和溶液、乳狀液、泥漿等散種； 氣態沖洗介質，是以空氣為主體的沖洗介質，包括干空氣和霧化氣體等； 其他類型的沖洗介質，如粘性泡沫和充氣泥漿等。這些雖然是液態和氣態沖洗介質的演進，但其功能和作用機理又區別于液態和氣態沖洗介質，成為一種新型的沖洗介質。各種沖洗介質各有自身的特性和適應范圍，因此在應用中要根據地層情況、鉆進工藝要求和經濟效果與可能性來選。其中第一類在我國巖心鉆探應用較廣泛，其他兩類目前尚處在研究試驗階段。
3.2在巖心鉆探中的功用
在巖心鉆探中，要保證優質快速安全鉆進，正確地選擇，使用沖洗液起著十分重要的作用，因此沖洗液被稱為鉆進過程中的“血液”。其功用如下：
（1）.清洗孔底，懸浮和攜帶巖粉
鉆進過程中，鉆頭不斷地破碎孔底巖石，延深鉆孔，與此同時孔底會產生大量的巖粉、巖屑，借循環著的沖洗液，將鉆頭破碎的巖粉、巖屑及時地攜帶到地表，以保持孔底清潔；當沖洗液中斷時，利用沖洗液本身的一定性能（如觸變性），將巖粉懸浮起來，防止巖粉迅速沉淀造成埋鉆事故。
�。�2）冷卻鉆頭，提高鉆頭使用壽命
鉆進中，孔底鉆頭破碎巖石消耗的有效功，只占傳到孔底的機械功的很小一部分，絕大多數的機械功作用于與巖石的摩擦，轉化為熱，因此孔底鉆頭溫升較高。尤其是金剛石鉆進，其鉆頭溫升可達到二、三百度，如果得不到及時冷卻，將會造成燒鉆（即金剛石碳化）。或過早磨損，所以鉆進過程中，借循環著的沖洗液將其熱量帶走，從而冷卻鉆頭，達到延長鉆頭使用壽命之目的。
(3)潤滑鉆頭和鉆具，減弱鉆具震動
鉆進過程中，尤其金剛石鉆進中，使用加潤滑劑的乳化沖洗液，它可以減小鉆頭和孔底巖石、鉆具和孔壁間的摩擦阻力和有效地減弱鉆具高轉速回轉時震動及減輕鉆機動力機等的負荷，使鉆頭工作平穩。
(4)形成泥皮，保護孔壁
鉆進過程中利用沖洗液本身的性能，在孔壁上形成薄而致密的泥皮，防止孔壁坍塌、掉塊；調節沖洗液的比重，可以防止涌水、漏失、井噴等事故。同時，某些沖洗液對不穩定的和水敏性的地層還有抑制的作用，有效地防止孔壁的膨脹、坍塌。
�。�5）輸送巖心
反循環連續取心鉆進時，利用沖洗液作介質，連續地通過鉆桿柱向地面輸送巖心，這種方法取得的巖心，代表性好，層次確切。
（6）采用渦輪鉆、螺桿鉆及沖擊回轉鉆等時，沖洗液是傳遞動力的工作介質。
3.3使用方式
鉆進過程中，根據沖洗液的循環路徑不同，有以下三種循環方式：
(1)正循環：沖洗液由泥漿泵經由高壓膠管和鉆具內孔送至孔底。然后通過鉆頭底端經由鉆具和孔壁之間的環狀間隙返回地面；
(2)反循環：沖洗液由泥漿泵吸取后，所經的路線是正循環的逆向。
(3)孔底反循環：沖洗液 由泥漿泵經由高壓膠管送入鉆桿內，再經特制的孔底反循環鉆具（或接頭），使一部分沖洗液沿鉆桿與孔壁間的環狀間隙返回地表；另一部分沖洗液，由于特制反循環鉆具（或接頭）的抽吸作用而吸入孔底，經鉆頭到巖心管、鉆桿內，到特制反循環鉆具（或接頭）處，經特制反循環鉆具（或接頭）的分水眼，一部分沖洗液隨送入的沖洗液返回地表，另一部分隨送入的沖洗液吸入孔底。如此來回循環，使之達到沖洗鉆孔的目的。
參考文獻
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