主要成果和创新点

如题所述

(一)对深部找矿钻探技术理论有了新的提升

(1)运用技术经济学原理,创造性地提出了钻机优选指数e概念。深部找矿钻探首先面临的问题是钻探设备的选择,其中最关键的是钻机的选择。运用技术经济学原理,对具有不同技术性能特点的动力头钻机和立轴钻机进行计算分析,首次提出了钻机优 选指数e概念,并在统计分析的基础上,得出不同可钻性地层条件下选择钻机的优选指 数e=1.0297;e=1.0303;e=1.0402,成为优选钻机的重要依据。当动力头钻机与立轴钻 机的台月效率比Ed/El/E1>e时,选择动力头钻机才能取得更好的综合技术经济效果。

对这两种钻机来讲,不能简单地说哪种钻机适用于深孔钻探。当前的动力头钻机,虽 然技术性能先进,施工效率一般比立轴钻机高,且事故率低,安全性好,但是,由于其过 高的购置成本和提下钻速度慢的缺点,严重制约着其优良性能在深孔钻探中的发挥。目前 市场条件下,动力头钻机适用的孔深应根据地层的可钻性确定,一般情况下,中等可钻性 地层,适用于1500m以浅的深孔;高可钻性地层,适用于1200m以浅的深孔;可钻性较低 的地层,可用于3000m以浅的深孔。只有将动力头钻机与钻塔组合使用,才能在深孔钻探 中更好地发挥其作用。

(2)确立了深孔钻探方法体系。深孔钻探方法是事关深孔钻探的成败和钻探效率、钻探质量的关键。钻探技术首先是一项生产实用技术,要求钻探方法必须具有可靠性和良好 的实用性。在现实中,不能幻想有一种神奇的钻探方法来完全解决深孔钻探问题,而实际 上,无论哪种钻探方法都有其一定的实用条件和优势。对当前技术较成熟的取心钻探方法 进行研究,通过计算对比证明,WL钻探方法仍然是目前深孔钻探中完善可靠、适用高效、综合地质效果最佳的钻探方法。当前,先进实用的深孔钻探技术就是以WL钻探为首选方 法,根据不同情况优化组合其他方法而形成的钻探技术优化组合。将液动锤与WL钻探技 术组合形成液动锤WL钻探技术,可进一步发挥二者优势,成为目前深孔取心钻探效率最 高、技术先进的钻探方法,应进一步完善并推广应用。在特殊环境和地层条件下,结合实 际组合应用定向钻探、气动锤RC或泡沫钻进技术等,可有效解决深部找矿钻探诸多施工 难题,取得更好的综合经济效益和社会效益。

(3)对深孔钻探防斜有了新的认识。对一般各向异性和倾角小的非造斜地层,采取常规WL钻探技术、工艺即可控制孔斜,满足地质要求;对各向异性和倾角大的较强致斜地 层而言,钻孔发生弯曲是必然的,应研究掌握并利用矿区钻孔弯曲规律,采用满眼钻具、防斜钻头和液动锤冲击回转钻探(或组合采用)等防斜技术加以预防控制,以减轻孔斜,达到地质目的;但对严重强造斜地层,应研究采用人工受控定向钻探技术,方能从根本上 有效控制钻孔弯曲。

(4)优选了深孔钻探冲洗液体系。深孔钻探用冲洗液虽与浅孔用冲洗液没有本质的区别,但深孔钻探用冲洗液应具有更优的性能,即具有良好的润滑性、护壁性、流变性和 低固相或无固相,最终要根据地层特性来确定。LBM泥浆具有低密度、低黏度、低切力、低失水和高分散性等“四低一高”特性,是一种深孔钻探性能优良的新型泥浆,尤其在破 碎、漏失等复杂地层中应用具有良好的效果。

(二)创建了深部找矿钻探技术组合方案,并形成典型钻探技术组合体系

根据深部找矿钻探的特点,针对影响深孔钻探的7种主要客观因素:钻孔深度和地层硬度、破碎程度、造斜强度、水敏性、漏失程度、研磨性,运用试验优化技术原理,采取 正交试验法找出具有代表性的因素组合共18种,运用技术经济学原理和大量生产试验对比 对每种组合各因素不同水平进行具体分析、研究,从钻机、钻探方法和工艺措施等方面创 建了18种钻探技术优化组合方案。

深孔钻探,应根据实际施工条件采用相应的钻探技术优化组合。譬如,坚硬、破碎地 层深孔钻探,岩心堵塞和钻头寿命短,使WL钻探技术不提钻取心的技术优势大打折扣。将WL钻探技术与液动锤组合,形成液动锤WL冲击回转钻探技术,在很大程度上避免了岩 心堵塞并延长了钻头寿命,这样就能充分发挥二者的技术优势,大大提高深孔钻探效率。如2000m深孔钻探,在中等可钻性较完整地层和高可钻性破碎地层分别可节约钻探总时间 26.36%和38.81%以上。

当受地表特殊条件限制或因地层、矿体复杂,采用常规钻探技术难以达到地质目的,或者基于节省钻探成本、缩短勘探周期考虑,应在WL钻探技术基础上,组合应用受控定 向钻探技术,一可避开地表特殊条件限制;二可有目的地控制钻孔弯曲,从根本上解决因 自然弯曲而无法钻穿矿体的难题;三可有效解决孔内复杂事故,从而提高地质找矿成果质 量,节约钻探工作量和成本,缩短勘探周期。如一个设计孔深1500m、施工10个分支孔的矿 区,采用受控定向+WL钻探技术优化组合,可节约工作量11800m,节约直接成本381万元。

当矿区上覆岩层坚硬且其岩性、构成已较清楚而无需取心的情况下,可采用气动锤 RC与WL钻探技术组合,分别用于同一深孔的浅孔段和深孔段。这样可以充分发挥两种技 术的优势,尤其是发挥气动锤RC钻进速度快、成本低的优势,以提高钻探效率、缩短工 期、降低成本。如本溪铁矿区,24个深孔,共35940m钻探工作量,若每个孔上部600m采 用气动锤反循环施工,可节约成本324万元,节约时间22512h,合938d。

(三)指导生产实际,解决技术难题,取得新的突破

(1)利用和控制强造斜地层钻孔弯曲取得突破。在济宁铁矿典型强造斜复杂地层,研究掌握了矿区钻孔弯曲原因及其规律,并利用矿区钻孔弯曲规律,采用满眼钻具、防斜钻 头、液动锤WL冲击回转等钻探防斜技术组合,有效减轻钻孔弯曲,取得明显效果,钻孔 顶角弯曲强度分别比前期施工降低53.46%,61.66%,42.24%。保证了该矿区深孔钻探的 正常进行,共完成深孔41个,2000m以深的4个,最深达到2100.18m,曾创造国产机具固 体矿产钻探孔深全国纪录。

(2)液动锤WL冲击回转深孔钻探取得新的进展。在济宁强造斜铁矿区,应用液动锤 WL冲击回转钻探防斜、降斜效果明显,有效减轻孔斜,平均钻孔弯曲强度下降42.24,并成功应用至1870.12m。在玲珑东风金矿区硬脆碎酥地层,采用液动锤WL钻探技术,在 克服硬脆碎复杂地层钻进方面取得明显效果,完成深孔6个,工作量6910.88m,平均时 效2.10m、台效508.52m、回次进尺1.91m、钻头寿命39.27m,分别比同矿区常规WL提高 43.84%、12.88%、13.93%和20.89%。在本溪铁矿区坚硬打滑地层,克服坚硬打滑地层 钻探,试验完成进尺477m,平均时效1.03m、钻头寿命17.7m,分别比常规WL平均提高 41.9%和88.8%。

(3)动力头钻机合理选择应用效果明显。在玲珑金矿东风矿区及周边矿区硬脆碎漏复杂地层,应用动力头钻机完成深孔15个,钻探工作量18043.16m,平均机械钻速1.55m/h,台 月效率462.65m,分别比该矿区立轴钻机施工同类深孔提高6.2%和2.7%。

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