摘要：在過去的多年中，我國的地質(zhì)鉆探行業(yè)為地質(zhì)找礦和經(jīng)濟建設(shè)做出了巨大貢獻，地質(zhì)鉆探技術(shù)也在此過程中得到了很大發(fā)展。危機礦山接替資源勘查工作的啟動，對鉆探技術(shù)提出了更高的要求，本文就巖心鉆探技術(shù)的發(fā)展和國內(nèi)巖心鉆探最新技術(shù)進行簡要介紹，并深入探討 巖心鉆探?jīng)_洗液的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：巖心鉆探發(fā)展 技術(shù)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(biāo)識碼：A文章編號：

1 地質(zhì)鉆探技術(shù)的發(fā)展概況

從建國初期到2006年，我國的地質(zhì)巖心鉆探取得了十分顯著的成就，相應(yīng)的工程地質(zhì)鉆探技術(shù)也取得了長足的進步。從技術(shù)上講，它一般受到以巖石破碎機理及理論、相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的發(fā)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(zhì)鉆探技術(shù)的創(chuàng)建與起步階段，開發(fā)的新技術(shù)及應(yīng)用的新技術(shù)主要體現(xiàn)在：中硬以上巖層使用鐵砂鉆進，中巖以下巖層使用硬質(zhì)合金鉆進,在地質(zhì)的覆蓋層和圍巖中采用無巖心鉆具，創(chuàng)造并采用了多種取心鉆具,研究推廣了優(yōu)質(zhì)泥漿護孔技術(shù),開展了砂礦鉆探和利用礦區(qū)的地層規(guī)律進行定向鉆孔技術(shù)。這期間的生產(chǎn)效率逐步提高，完成的工程量隨建國初期fle/3Du+S+eidL9hDSoBUjkXKzSGNAbzyHhnhQOk=的建設(shè)高潮而達到1500萬米。

20世紀(jì)60—70年代，這是在十分困難的條件下進行工作，開發(fā)的鉆探新技術(shù)有：使用新工藝開發(fā)出金鋼石鉆進,研制成功液壓沖擊回轉(zhuǎn)鉆具,采用水力反循環(huán)工藝進行連續(xù)取心試驗并取得成功,金鋼石鉆頭制造技術(shù)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(chǎn)。這期間完成的地質(zhì)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(shù)空前發(fā)展時期，鉆探技術(shù)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(yīng)用fle/3Du+S+eidL9hDSoBUjkXKzSGNAbzyHhnhQOk=,采用地壓平衡等多項技術(shù)，突破了高溫地?zé)峋碾y題,一批鉆探工藝及鉆具制造技術(shù)取得突破,水域鉆探技術(shù)有了長足的進步,創(chuàng)造并積累了鹽湖鉆探的經(jīng)驗,鉆探技術(shù)拓展到巖土鉆掘相關(guān)領(lǐng)域。這期間完成的地質(zhì)巖心的鉆探量達到2 400萬米。

90年代地質(zhì)礦產(chǎn)勘查任務(wù)隨著市場經(jīng)濟驅(qū)動有較大調(diào)整，側(cè)重緊缺與稀貴礦產(chǎn)重點勘探，鉆探質(zhì)量要求越來越高，工作量連年下降至每年數(shù)十萬米，技術(shù)和工藝的明顯進步有：金鋼石鉆進、繩索取心與沖擊回轉(zhuǎn)鉆進成為常規(guī)鉆進技術(shù),多工藝空氣鉆進、高精度定向孔技術(shù)成功應(yīng)用,中低溫地?zé)徙@探開發(fā)效果顯著,完成許多巖土鉆掘、基礎(chǔ)工程與地質(zhì)災(zāi)害的高難工程,研究開發(fā)了非開挖鋪設(shè)地下管線的技術(shù),微機監(jiān)測與控制系統(tǒng)在鉆探生產(chǎn)中取得成效，科學(xué)鉆探已經(jīng)起步。這期間完成的地質(zhì)巖心的鉆探量達到500萬米，雖然總量上減少，但對鉆探質(zhì)量的要求與日俱增。

2國內(nèi)巖心鉆探技術(shù)的討論

2.1金剛石繩索取心技術(shù)

繩索取心(WL)鉆探技術(shù)被稱為鉆探技術(shù)第一次革命，已有近60年的推廣應(yīng)用歷史。在全球地質(zhì)找礦鉆探施工中是應(yīng)用最廣泛、綜合地質(zhì)效果最佳的鉆探技術(shù)。 自上世紀(jì)70年代中期我國開始推廣應(yīng)用，但在應(yīng)用廣度和深度上與國外發(fā)達國家相比存在較大差距，利用繩索取心鉆探技術(shù)完成的巖心鉆探工作量仍不足全部固體礦產(chǎn)巖心鉆探工作量的30%。國產(chǎn)繩索取心鉆具存在材質(zhì)不佳、加工質(zhì)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(nèi)徑可以通過繩索取心鉆具內(nèi)管的普通鉆桿來完成鉆孔取心作業(yè)，這就在完成取心作業(yè)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(shù)應(yīng)用于深部找礦的另一個原因。自上世紀(jì)60年代開始研究，70年代開始推廣金剛石鉆探技術(shù)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(fù)合材料方面進行了大規(guī)模的攻關(guān)研究，制造了一些聚晶、復(fù)合片產(chǎn)品，但其性能也遠遠趕不上國際水平。這就使得國內(nèi)金剛石鉆頭鉆進壽命短、效率偏低。據(jù)調(diào)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(zhuǎn)鉆進技術(shù)

勘探技術(shù)研究所于上世紀(jì)60年代開始此項技術(shù)的研究，經(jīng)過幾十年的開發(fā)、改進，已經(jīng)形成不同用途、多種規(guī)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(chuàng)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(chǎn)條件下，由于泥漿固控系統(tǒng)還停留在傳統(tǒng)的泥漿池加循環(huán)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(dǎo)致液動潛孔錘內(nèi)的零件頻繁卡死，工作壽命大幅度降低，從而導(dǎo)致提鉆頻繁。在推廣過程中，其優(yōu)點雖為大家所認(rèn)識和接受，但是實際應(yīng)用卻較少。

2.3空氣泡沫鉆探技術(shù)

該技術(shù)是原地礦部“七五和“八五期間的重點科研攻關(guān)項目，由勘探技術(shù)研究所、長春地質(zhì)學(xué)院和甘肅地礦局等科研院所、高校和相關(guān)生產(chǎn)單位聯(lián)合完成。經(jīng)過不同環(huán)境條件及機具試驗研究總結(jié)了一套比較成熟的泡沫工藝和鉆進規(guī)程。由于其后正值地質(zhì)鉆探工作量銳減，而此技術(shù)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(shù)高，因此其推廣應(yīng)用處于停滯狀態(tài)。

3深入探討巖心鉆探中沖洗液的應(yīng)用

3.1沖洗液的分類

在進行鉆探過程中，孔內(nèi)使用的循環(huán)沖洗介質(zhì)主要功能是冷卻鉆頭、排出巖屑、保護孔壁等。按介質(zhì)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，巖心鉆探用的沖洗介質(zhì)的種類越來越多，大致以下三類：液態(tài)沖洗介質(zhì)（簡稱沖洗液），是以水和油為主體的沖洗介質(zhì)。包括清水（淡水）、鹽類飽和溶液、乳狀液、泥漿等散種, 氣態(tài)沖洗介質(zhì)，是以空氣為主體的沖洗介質(zhì)，包括干空氣和霧化氣體等, 其他類型的沖洗介質(zhì)，如粘性泡沫和充氣泥漿等。這些雖然是液態(tài)和氣態(tài)沖洗介質(zhì)的演進，但其功能和作用機理又區(qū)別于液態(tài)和氣態(tài)沖洗介質(zhì)，成為一種新型的沖洗介質(zhì)。各種沖洗介質(zhì)各有自身的特性和適應(yīng)范圍，因此在應(yīng)用中要根據(jù)地層情況、鉆進工藝要求和經(jīng)濟效果與可能性來選。其中第一類在我國巖心鉆探應(yīng)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(yōu)質(zhì)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(chǎn)生大量的巖粉、巖屑，借循環(huán)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(dāng)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(shù)的機械功作用于與巖石的摩擦，轉(zhuǎn)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(huán)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(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)時震動及減輕鉆機動力機等的負荷，使鉆頭工作平穩(wěn)。

(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(diào)節(jié)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(wěn)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(huán)連續(xù)取心鉆進時，利用沖洗液作介質(zhì)，連續(xù)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(zhuǎn)鉆等時，沖洗液是傳遞動力的工作介質(zhì)。

3.3使用方式

鉆進過程中，根據(jù)沖洗液的循環(huán)路徑不同，有以下三種循環(huán)方式：

(1)正循環(huán)：沖洗液由泥漿泵經(jīng)由高壓膠管和鉆具內(nèi)孔送至孔底。然后通過鉆頭底端經(jīng)由鉆具和孔壁之間的環(huán)狀間隙返回地面,

(2)反循環(huán)：沖洗液由泥漿泵吸bxSHiJvKgpa44faKtp/mx7xXWsG4ypEQ0mZ8bHQFI=取后，所經(jīng)的路線是正循環(huán)的逆向。

(3)孔底反循環(huán)：沖洗液 由泥漿泵經(jīng)由高壓膠管送入鉆桿內(nèi)，再經(jīng)特制的孔底反循環(huán)鉆具（或接頭），使一部分沖洗液沿鉆桿與孔壁間的環(huán)狀間隙返回地表,另一部分沖洗液，由于特制反循環(huán)鉆具（或接頭）的抽吸作用而吸入孔底，經(jīng)鉆頭到巖心管、鉆桿內(nèi)，到特制反循環(huán)鉆具（或接頭）處，經(jīng)特制反循環(huán)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(huán)，使之達到?jīng)_洗鉆孔的目的。

參考文獻

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