無岩心鑽進

無岩心鑽進又稱全面鑽進，是指在地質勘探的岩心鑽探中,不取岩心的鑽進。無岩心鑽進技術是以全面破碎孔底岩石為特徵，通過岩屑錄井、物探測井和孔壁取樣等手段，進行岩礦研究的一種鑽探新技術。無岩心鑽進效率高,回次長度大,多用在鑽進地表覆蓋層,有時也用在可以通過地球物理測井達到了解地層的沉積岩中的鑽進。鑽進時使用魚尾鑽頭、牙輪鑽頭、刮刀鑽頭或矛式鑽頭。目前，無岩心鑽探技術主要有兩個套用領域：一是礦區的詳勘和補勘。二是一些特殊礦種的找礦勘探。

基本介紹

• 中文名：無岩心鑽進
• 外文名：non-core drilling
• 別名：無岩心鑽探、全面鑽進
• 優點：鑽進效率高
• 領域：能源
• 學科：鑽探工程

簡介

又稱全面鑽進。在地質勘探的岩心鑽探中,不取岩心的鑽進。無岩心鑽進效率高,回次長度大,多用在鑽進地表覆蓋層,有時也用在可以通過地球物理測井達到了解地層的沉積岩中的鑽進。礦層和含礦帶地層,岩性變化複雜的地層、構造帶地層均不能採用無岩心鑽進。從鑽進技術角度出發,地層岩石硬度高時也不採用無岩心鑽進。鑽進時使用魚尾鑽頭、牙輪鑽頭、刮刀鑽頭或矛式鑽頭。

發展歷史與現狀

歷史

多年來，人們一直在探尋和嚮往著將無岩心鑽探從石油、天然氣勘探領域擴展到固體礦產勘探中去。前蘇聯、美國和加拿大等國，是較早重視並套用無岩心鑽探技術的國家。80年代，前蘇聯的無岩心鑽探工作量在
總工作置中的比例保持在25%以上，與同期金剛石取心鑽探工作量相近，無岩心鑽探單位進尺成本已降低到取心鑽探的43%～6396。1974年，美國在金屬礦勘探中，無岩心鑽探工作量就占到了62．7%，同期金目《石取心鑽探僅占9．4%，無岩心鑽探成本僅為取心鑽探的50%。加拿大採用無岩心鑽進使成本大幅度降低，每米成本降到3～5美元。澳大利亞採用牙輪鑽頭無岩心鑽進，每米成本僅為30澳元，不到金剛石取心鑽進的50%。

我國是世界鑽探技術的發明者，最早進行的鑽井即是無岩心鑽進。新中國成立後，我國鑽探技術發展很快，但固體礦產勘探中的無岩心鑽探一直發展不快。50年代後期，地質部門曾開展過無岩心鑽進的研究和套用，當時主要採用硬質台金和鋼粒全面鑽進。我國煤田勘探部門長期保持和發展了無岩心鑽探．他們因地制宜地開展了複合鑽進，無岩心鑽進效率比取心鑽進提高1～5倍．從而較大幅度地提高了鑽探效率，使煤炭部門的平均台效較其它部門高(約400m)。但是，煤田勘探一直沿用硬質台金刮刀鑽頭鑽進方法，始終未在技術上有突破性進展。80年代後，我國核工業地勘系統推廣無岩心鑽探，試驗採用了自行研製的裝配式牙輪鑽頭，後來又引進了前蘇聯生產的小牙輪鑽頭進行無岩心鑽進。

據統計，1988～1990年，煤炭部門的無岩心鑽探工作量占總工作羞的11%，而地礦部僅為0．7%。有人估計，我國無岩心鑽探工作總量不到5%。與世界先進國家相比，還有很大差距。特別是在金屬礦勘探中，我
國的套用幾乎是空自。

在我國，無岩心鑽探長期來能大範圍推廣的原因有許多，但主要是：

(1)地質技術原因。在無岩心或只有岩屑的條件下，進行地質編錄較為困難，可能導致鑽孔剖面圖等地質資料的不完整甚至層位缺失，這種擔心使許多地質人員不敢大膽進行無岩心鑽探孔設計。

(2)物探測井技術原因。目前測井儀器和解譯技術有限，僅靠物探測井還難蹦準確掌握大多數岩層的地質特性參數。

(3)鑽探技術原因。長期以來，我國在無岩心鑽進技術上，只有單打一的硬質合金刮刀鑽頭，這類鑽頭只適用於鬆軟～軟地層鑽進。

由於其適用範圍小，用量少，現在國外資料中已很少見到。沒有適應多種地層的無岩心鑽頭；沒有完善配套的無岩心鑽進工藝與器具；沒有能保證岩屑完全上返的護壁堵漏技術；更沒有性能良好、使用可靠的孔壁取樣
器具，使我國無岩心鑽探方法的使用受到很限制。應該說，在上述3個原因中，鑽探技術原因是我國無岩心鑽探未能普遍推廣的主要原因，也是我們探礦工作者應當全力以赴、為之拼搏的奮鬥方向。

發展現狀

為改變我國無岩心鑽探技術落後狀況，原地礦部在“七五”科技發展綱要中，就提出要將其作為重點開展研究。1987年，探礦工藝研究所組織專人進行調研，提交了專題調研報告。1989年，地礦部將地勘牙輪鑽頭列為開發項目，作為無岩心鑽探技術的前期研，由探礦工藝研究所負責開展了研究工作。1990年，在各級領導的重視和探礦界專家的大力支持下，“無岩心鑽探新技術的研究”終於作為重點攻關課題，列入地礦部“八五”科技攻關計畫，正式開題研究。1996年，地礦都科技司又將剛通過部級鑑定的課題成果列入重點科研推廣項目，向全國推廣。
“無岩心鑽探新技術的研究”課題旨在研究我國地質勘探無岩心鑽探急需的孔內鑽進工具和技術工藝。主要研究內容包括：適應1～10級地層無岩心鑽進用的地勘牙輪鑽頭；適應1-8級地層用的孔壁取樣器；與這些鑽頭、取樣器配套的無岩心鑽探技術工藝。研究的目的，是形成一整套全新、先進、實用的無岩心鑽探技術，並通過課題的
生產試驗和推廣套用，使之逐步在我國鑽探生產部門普及，從而儘快提高我國無岩心鑽探技術水平。

該課題研究者們經過11年來的艱苦努力，較好地完成了研究和推廣任務，取得了滿意的成果。這些成果主要包括：

(1)小直徑系列地勘牙輪鑽頭。共有D78、83、86、89、95、105、112 mm 7個規格12個品種，這些鑽頭均採用了硬質合金鑲齒、滑動軸承密封潤滑、儲油壓力平衡補償和新型專利噴嘴等目前世界上最先進的“四合一”結構，適用於地質鑽探無岩心鑽進、中心取樣和水力反循環取樣鑽進1～10級岩層。鑽頭的台架試驗壽命達到40 h以上，最高機械鑽速達到6．09 m/h(5級石灰岩地層)，鑽頭最高進尺壽命超過120 iTl。

(2)孔壁取樣器具。研製出0.89mm規格2種類型：水力噴射式採用高效射流噴嘴、液壓推靠、紗袋容樣和滿樣報信結構，適用於1～4級軟岩層，取樣筒可容納岩樣4kg以上，實際最多取樣4．025 kg，樣品與岩心觀察對比及鑽探判層有很好的一致性；偏斜側鑽式採用孔中液壓卡固、偏心楔導斟、金剛石鑽進取樣和一次全回收結構，適用於5～8級中硬岩層。

(3)配套技術器具與工藝。主要研究了070 mm鑽鋌、095 rrkrn穩定器、記195 m擴孔器、地勘牙輪鑽頭量規、專用扳叉等等技術器具和各項操作技術工藝。

採用這套新技術在四川、山西、河南、北京等地的地質鑽探和淺層油氣鑽井中試驗套用，共完成無岩心鑽探工作量8300餘m，平均台效達到1324．70 ir/，比同礦區取心鑽探台效提高269%，單位進尺成本降低70%．取得了良好的技術經濟效益。研究和推廣結果證實，這套新技術在我國的鑽探生產中．具有廣闊的推廣套用前景。

無岩心鑽進技術特徵

無岩心鑽探技術是以全面破碎孔底岩石為特徵，通過岩屑錄井、物探測井和孔壁取樣等手段，進行岩礦研究的一種鑽探新技術。由於其鑽孔過程中孔底岩石被全部破碎，不採取岩心，故又稱其為無岩心鑽進、全面鑽進。
先進、完善的無岩心鑽探技術應當具有以下技術特徵：

(1)高效、長壽命無岩心鑽頭；

(2)工藝配套性好、防斜能力強的孔內鑽具；

(3)具有強力鑽進能力和長行程給進能力的鑽機；

(4)良好的岩屬採集系統和編錄方法；

(5)先進的孔內物探測井方法和儀器；
(6)性能優良的孔壁取樣器具。

優越性

無岩心鑽進技術之所以能得到人們的重視並加以大力研究和推廣套用，主要在於其具有以下優越性：

高效率

無岩心鑽探中孔底岩石全面破碎，沒有採取岩心輔助工作，故純鑽時間大大提高，台月效率大幅度增長，加上高效鑽頭的套用，使得這一優越性更為突出。

低成本

無岩心鑽探不但因其特有的高效率使得成孔時間和礦區勘探周期大大縮短帶來成本的大幅度降低，而且由於起下鑽少。勞動力消耗少，鑽桿及管材因擰卸造成的損壞少，孔內事故少等原因，帶來罩警成本的大幅度降低。

簡便易行

無岩心鑽探對鑽機等設備要求不高。特別是複合鑽進中的無岩心鑽探，使用一般設備E口可進行。對鑽進操作
技術也無特殊要求，易於掌握。

獲取的地質資料準確

先進的無岩心鑽進一岩屑錄井一物探測井一孔壁取樣技術，在鈾、金、汞、銅、煤等礦種的勘探上所取
得的地下地質資料的準確性，已可以超過普通取心鑽進。

套用領域

隨著科學技術的發展，也隨著人們對一定礦區或一定礦種的研究程度加深，人們已開始注重從唯一依賴取心鑽進獲取的原狀岩樣來確定地下礦藏，向由無岩心鑽進、岩屑錄井、物探測井和孔壁取樣等組成的無岩心鑽探新技術方向發展。

目前，無岩心鑽探技術主要有兩個套用領域：一是礦區的詳勘和補勘。此時礦體上部岩層的岩性及構造巳經探明，鑽孔工程目的主要是按一定加密罔度穿過礦體，取得礦樣，tl-舅t儲量。在這種情況下，除對礦體及其頂底板進行取心鑽探外，其餘孔段都進行無岩心鑽探。由於無岩心和取心兩種鑽探方法並存於同一鑽孔中，又稱複合鑽進法。二是一些特殊礦種的找礦勘探。對礦種如煤、鈾、金、汞、錒、地下水等，採用物探測井可獲取準確的地下地質資料。故在勘探中除對少量基準孔進行取心鑽探外，其餘多數鑽孔皆採用全孔無岩心鑽探。

開展無岩芯鑽進必備條件

隨著勘探程度的提高，地質人員對地質情況了解越來越清楚，資料掌握的越來越多，在加強地質研究工作的基礎上，合理的使用無岩芯鑽探工程量，在詳精查勘探施工階段可以設計出部分鑽孔和部分層段無岩芯鑽探工程量。

鑽探施工在滿足地質設計要求的情況下開展無岩芯鑽進，就是採用技術措施恰當的處理鑽探施工中質量和數量辯證統一的關係問題，在鑽探施工中有條件無岩芯鑽進而採用有芯鑽進，則是延緩鑽探施工速度，如客觀地質條件不具備無岩芯鑽進條件，盲目的開展無岩芯鑽進，則會給國家造成經濟浪費，不顧質量的擴大無岩芯鑽進範圍的教訓是很深刻的。

多年來無岩芯鑽進一般都是在詳精查勘探階段進行，而且還必須具備如下地質條件：

（1)無岩芯鑽進施工區必須是電測井曲線解釋可靠，對煤層分層定厚、區域內依靠測井曲線能進行煤岩對比，能夠確定岩層產狀。

（2)煤質牌號已經清楚，或經化驗已知牌號單一的地區，都可大量開展無岩芯鑽進。

凡需要採樣化驗的鑽孔和有專門技術要求的鑽孔都不能無岩芯鑽進。一般來說無岩芯鑽探工程量的多少是根據勘探程度和客觀地質條件，主要的還是取決於電測井水平和對煤質的要求程度。

依據上述原則，凡有條件開展無岩芯鑽進的鑽孔和層段都要採用無岩芯鑽進，但也不隨意擴大無岩芯鑽進範圍，鑽探施工必須在滿足地質設汁要求的情況下．加快勘探速度。

設計合理的鑽具結構

鑽探施工中必須搞好鑽具結構設計工作，鑽具結構是否合理關係到採用什麼樣的鑽進規程，並且直接影響鑽進效率和成本問題。設計合理的鑽具結構是鑽探施工中的重要技術管理工作。無岩芯鑽具結構是指主動鑽桿，鑽桿、鑽鋌等用接手連線起來的入井鑽具柱的組合而言，正常無岩芯鑽進施工用的鑽具柱結構大體有如下三個部分：鑽桿部分；加重鑽具部分；導正鑽具部分。理論和實踐都說明，在孔徑和鑽進參數一定的條件下，鑽具結構不同其剛度、穩定性和導正性也都不同，因此設計合理的鑽具結構，可以採用理想的鑽進規範，提高效率使其在生產施工上安全，在經濟技術上合理，是我們在鑽探施工過程中應該經常研究和改進的技術問題。目前在鑽探施工中使用的無芯鑽具結構大體如下：

1、鑽桿部分：六方主動鑽桿長8～18 米；φ50m m 鑽桿，用φ65m m 鎖接手聯接。

2、加重鑽具部分：用φ68mm，長80～90 米規格鑽鋌。

3、導正鑽具部分：①83×25mm 長10～12 米的導正管或用φ68～φ73mm 鑽鋌焊三條肋，外徑達到90mm 長9～13.5 米的導正器。

展望

90年代以來，我國各個系統的地質鑽探工作量逐年降低，過去那種全國年鑽探工作量上千萬米的歷史，也已一去不復返了。但作為專業探礦工程技術人員，對21世紀的無岩心鑽探技術，我們充滿信心。我們有理由相信：

(1)祖國還有許多急缺礦產蜃待勘探，新一輪地質大調查計畫正等待我們去實旋。

(2)以經濟效益為中心的大政方針已深人人心，無岩心鑽探技術將因其特有的高效率、低成本優越性而愈來愈受到人們的重視，並積極推廣套用。
(3)將現有的無岩心鑽探技術研究成果轉化到國民經濟主戰場，如在地下工程建設、地基加固處理、地質災害治理工程等的注漿孔、錨固孔、旋噴孔施工中，可望取得巨大技術經濟效益。

(4)進入新世紀，隨著技術的進步，無岩心鑽探的各項器具和工藝水平將大大提高；這些技術進步將使無岩心鑽探如虎添翼。