作者：沈奕斌
万开周家坝一浦里公路深埋隧道工程钻探深度5000多m，其中大于500m深孔有5个，最深孔约700余m，为顺利完成该勘察项目任务，拟对该项目采用绳索取芯技术钻进。施钻过程中，钻杆内壁屡次发生结垢现象，特别是产生连续性“泥垢”，造成“打捞器”和“内管”工作阻力过大，发生绳索（钢丝绳）断裂，直接影响钻进效率及钻探成本。
为解决该问题，项目部成立QC小组。对该项目深埋铁峰山隧道勘察孔钻杆内壁结垢问题进行质量技术攻关，历时8个月，经过5个深孔实践，初步掌握了有效解决钻杆内壁集结“泥垢”问题的技术。
1“泥垢”结垢型式
绳索取芯钻杆内壁集结泥垢，是泥浆中的固相物质，包括黏土颗粒、岩粉、未完全溶解的化学处理剂或絮凝物，以及其他固体颗粒在管内壁上的沉积物。泥浆中的固相颗粒被离心力甩向管壁，并不断沉积和压实，加之黏土和有机聚合物的黏结作用，沉积物将逐渐脱水而变得十分结实，并牢固地黏附在钻杆内壁上，钻杆的实际内径变小，打捞器或内管在下放及提升时，无论冲击或强力提拉，都很难通过“垢层”。由此导致增加上、下钻具辅助时间，降低钻进效率，加重工人的劳动强度，同时增加了钻探成本。
绳索取芯钻杆内壁常见的结垢型式有两种，延伸式泥垢[如图l-(b)所示]和局部泥垢，而后者又分为涡区积垢[如图l-(a)所示]、渗漏积垢[如图1一(c)所示]及偏心式局部积垢三种。
延伸式结垢是指钻进过程中，随着泥浆的循环，在不断补充固相颗粒的条件下，泥垢随时间增加而逐渐向下延伸的结垢。这是一种主要的结垢型式，也是影响打捞器或内管下放及上提的主要因素。
绳索取芯钻杆内壁结垢率采用钻孔电视成像仪进行检测，检测图像如图2所示，绳索取芯钻杆内壁结垢率的计算方法如下。
在对ZK28孔进行钻探作业时，检测统计发现当钻杆内壁的结垢率小于1. 50%时，只出现局部结垢而不会出现延伸式结垢（如表1所列），而局部结垢不会影响到打捞器及内管的下放或上提，不影响钻进效率，满足进度要求。QC小组进行技术改进，将结垢率控制目标设置在1. 50%以内。
而钻场的现状为：绳索取芯钻杆内壁结垢率的平均值为5. 26%，具体情况如表2所列。
2 目标设定
为确保绳索取芯钻进顺利进行，将目标设定为：将延伸式泥垢消除，允许出现局部积垢或渗漏积垢，将绳索取芯钻杆内壁结垢率由原来的5. 26%降至小于1. 50%。
3 目标可行性分析
通过调查分析认为，钻杆结垢的形成因素可以分为以下四项：钻杆提供结垢载体、泥浆性能不合格、钻孔倾斜度及其他。
按上述分类采用控制变量法对结垢的钻杆进行了记录统计，统计情况如表3所列，各因素所占比例如图3所示。
从上图中可以看出，影响钻杆内壁结垢的关键项目为钻杆提供结垢载体和泥浆性能不合格。计算[5. 26% -5.26%×(61. 3%+24. 1%)=0.77%<1.5%]得出，目标可以实现，即通过控制这两个关键项目即可降低绳索取芯钻杆内壁的结垢率。
4原因分析
针对影响绳索取芯钻杆内壁结垢的因素，进行深入分析与研究，做出原因分析关联图，如图4所示。
5要因确认
对于8个末端因素，制定了要因确认表（如表4所列），并按表进行一一确认。最终确定要因为：一是泥浆含砂量大，二是泥浆黏度与切力大。
6对策方案
根据要因确认结果，通过深入分析、综合评估，从而选定实施对策方案，并制定了降低深孔绳索取芯钻杆内壁结垢率的对策，如表5所列。
7 方案实施
7.1 增加泥浆循环槽长度
使用无固相冲洗液，以防钻杆内壁结垢。实践证明，泥浆固相含量低，能提高钻进速度，减少钻头磨耗，延长钻头寿命。泥浆中的主要有害固相即为砂与泥，是钻杆内壁形成泥垢必不可少的固相物质，因此，结果表明，增加泥浆循环槽长度4. 50m，有效地降低泥浆含砂量，平均含砂量从9. 62%降至7.60%、
7.2泥浆循环回路增加一个沉淀池
增加一个2m×1.5m×1m沉淀池，使泥浆在循环回路中充分沉砂。结果表明，在增加泥浆沉淀池后，泥浆中的含砂量明显降低，从7. 60%降至5.50%。
7.3 增加一个离心式除砂装置
增加离心式除砂装置后，泥浆中的含砂量降至2. 95%，达到了预期目标。
7.4采用高泵量（泵量90 L/min）泵送泥浆
泥浆在钻杆中由于受到水平方向和垂直方向的力作用在钻杆中做螺旋运动，泥浆中的固相黏附在钻杆内壁。采用高泵量后势必增加其在钻杆内的流速，从而使泥浆在钻杆内尽量保持垂直流动，不做离心运动。
7.5调整聚丙烯酰胺配比
由于泥浆黏度和切力不同，经循环系统沉淀后水源池中泥浆含砂量不同，黏度大和切力大的泥浆沉砂困难，黏度升高易造成含砂量增加使钻杆结垢。因此，在条件允许情况下，尽量降低泥浆黏度，使泥浆在循环槽及沉淀池中充分沉砂。
使用无固相泥浆，即聚丙烯酰胺液，保持其比重小于1. 02。钻场不使用泥浆粉，防止黏土颗粒吸附岩粉等有害固相后受离心力作用被甩向钻杆内壁形成泥垢。使用润滑剂，减小泥浆流动过程中与钻杆内壁的摩擦作用力，同时还可润滑钻具，起到润滑减阻的作用。使用聚丙烯酰胺配制浆液后，泥浆的黏度情况如表6所列。
8效果检查
对钻孔ZK28绳索取芯钻进中钻杆内壁结垢情况进行现场调查，一是调查打捞器或内管在下放和上提过程中是否遇阻，二是在提大钻更换钻头时查看每根立根是否有结垢现象的产生。
现场凋查发现，钻杆内壁未产生延伸式泥垢，只少量出现局部积垢，成功将钻杆内壁结垢率由原来的5. 26%降低至1.50%以内，预防了打捞器或内管在下放及上提过程中的遇阻现象。经钻孔电视成像仪检测验证，绳索取芯钻杆内壁未出现延伸式泥垢，成像成果如图5所示。
9、【摘要】 采用绳索取芯钻进技术进行超深孔钻进时，受泥浆性能、高速钻杆产生的离心力以及钻探设备性能等因素的影响，钻杆内壁会产生集结“泥垢”现象，从而阻碍钻探工序正常实施，降低钻进效率、增加钻探成本。本文以ZK28孔为例，主要介绍QC小组活动开展情况，如：目标设定、要因确认、对策制定及实施等。QC小组对深孔钻探过程中钻杆内壁“泥垢”问题的成功解决经验，可供今后类似工程参考。
