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作者：沈奕斌

萬開周家壩一浦里公路深埋隧道工程鉆探深度5000多m，其中大于500m深孔有5個(gè)，最深孔約700余m，為順利完成該勘察項(xiàng)目任務(wù)，擬對(duì)該項(xiàng)目采用繩索取芯技術(shù)鉆進(jìn)。施鉆過程中，鉆桿內(nèi)壁屢次發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，特別是產(chǎn)生連續(xù)性“泥垢”，造成“打撈器”和“內(nèi)管”工作阻力過大，發(fā)生繩索（鋼絲繩）斷裂，直接影響鉆進(jìn)效率及鉆探成本。

為解決該問題，項(xiàng)目部成立QC小組。對(duì)該項(xiàng)目深埋鐵峰山隧道勘察孔鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢問題進(jìn)行質(zhì)量技術(shù)攻關(guān)，歷時(shí)8個(gè)月，經(jīng)過5個(gè)深孔實(shí)踐，初步掌握了有效解決鉆桿內(nèi)壁集結(jié)“泥垢”問題的技術(shù)。

1“泥垢”結(jié)垢型式

繩索取芯鉆桿內(nèi)壁集結(jié)泥垢，是泥漿中的固相物質(zhì)，包括黏土顆粒、巖粉、未完全溶解的化學(xué)處理劑或絮凝物，以及其他固體顆粒在管內(nèi)壁上的沉積物。泥漿中的固相顆粒被離心力甩向管壁，并不斷沉積和壓實(shí)，加之黏土和有機(jī)聚合物的黏結(jié)作用，沉積物將逐漸脫水而變得十分結(jié)實(shí)，并牢固地黏附在鉆桿內(nèi)壁上，鉆桿的實(shí)際內(nèi)徑變小，打撈器或內(nèi)管在下放及提升時(shí)，無論沖擊或強(qiáng)力提拉，都很難通過“垢層”。由此導(dǎo)致增加上、下鉆具輔助時(shí)間，降低鉆進(jìn)效率，加重工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)增加了鉆探成本。

    繩索取芯鉆桿內(nèi)壁常見的結(jié)垢型式有兩種，延伸式泥垢[如圖l-(b)所示]和局部泥垢，而后者又分為渦區(qū)積垢[如圖l-(a)所示]、滲漏積垢[如圖1一(c)所示]及偏心式局部積垢三種。

    延伸式結(jié)垢是指鉆進(jìn)過程中，隨著泥漿的循環(huán)，在不斷補(bǔ)充固相顆粒的條件下，泥垢隨時(shí)間增加而逐漸向下延伸的結(jié)垢。這是一種主要的結(jié)垢型式，也是影響打撈器或內(nèi)管下放及上提的主要因素。

繩索取芯鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢率采用鉆孔電視成像儀進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)圖像如圖2所示，繩索取芯鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢率的計(jì)算方法如下。

在對(duì)ZK28孔進(jìn)行鉆探作業(yè)時(shí)，檢測(cè)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉆桿內(nèi)壁的結(jié)垢率小于1. 50%時(shí)，只出現(xiàn)局部結(jié)垢而不會(huì)出現(xiàn)延伸式結(jié)垢（如表1所列），而局部結(jié)垢不會(huì)影響到打撈器及內(nèi)管的下放或上提，不影響鉆進(jìn)效率，滿足進(jìn)度要求。QC小組進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，將結(jié)垢率控制目標(biāo)設(shè)置在1. 50%以內(nèi)。

而鉆場(chǎng)的現(xiàn)狀為：繩索取芯鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢率的平均值為5. 26%，具體情況如表2所列。

2  目標(biāo)設(shè)定

    為確保繩索取芯鉆進(jìn)順利進(jìn)行，將目標(biāo)設(shè)定為：將延伸式泥垢消除，允許出現(xiàn)局部積垢或滲漏積垢，將繩索取芯鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢率由原來的5. 26%降至小于1. 50%。

3  目標(biāo)可行性分析

    通過調(diào)查分析認(rèn)為，鉆桿結(jié)垢的形成因素可以分為以下四項(xiàng)：鉆桿提供結(jié)垢載體、泥漿性能不合格、鉆孔傾斜度及其他。

按上述分類采用控制變量法對(duì)結(jié)垢的鉆桿進(jìn)行了記錄統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)情況如表3所列，各因素所占比例如圖3所示。

    從上圖中可以看出，影響鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢的關(guān)鍵項(xiàng)目為鉆桿提供結(jié)垢載體和泥漿性能不合格。計(jì)算[5. 26% -5.26%×(61. 3%+24. 1%)=0.77%<1.5%]得出，目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)，即通過控制這兩個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目即可降低繩索取芯鉆桿內(nèi)壁的結(jié)垢率。

4原因分析

針對(duì)影響繩索取芯鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢的因素，進(jìn)行深入分析與研究，做出原因分析關(guān)聯(lián)圖，如圖4所示。

5要因確認(rèn)

對(duì)于8個(gè)末端因素，制定了要因確認(rèn)表（如表4所列），并按表進(jìn)行一一確認(rèn)。最終確定要因?yàn)椋阂皇悄酀{含砂量大，二是泥漿黏度與切力大。

6對(duì)策方案

   根據(jù)要因確認(rèn)結(jié)果，通過深入分析、綜合評(píng)估，從而選定實(shí)施對(duì)策方案，并制定了降低深孔繩索取芯鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢率的對(duì)策，如表5所列。

7  方案實(shí)施

7.1  增加泥漿循環(huán)槽長(zhǎng)度

    使用無固相沖洗液，以防鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢。實(shí)踐證明，泥漿固相含量低，能提高鉆進(jìn)速度，減少鉆頭磨耗，延長(zhǎng)鉆頭壽命。泥漿中的主要有害固相即為砂與泥，是鉆桿內(nèi)壁形成泥垢必不可少的固相物質(zhì)，因此，結(jié)果表明，增加泥漿循環(huán)槽長(zhǎng)度4. 50m，有效地降低泥漿含砂量，平均含砂量從9. 62%降至7.60%、

7.2泥漿循環(huán)回路增加一個(gè)沉淀池

    增加一個(gè)2m×1.5m×1m沉淀池，使泥漿在循環(huán)回路中充分沉砂。結(jié)果表明，在增加泥漿沉淀池后，泥漿中的含砂量明顯降低，從7. 60%降至5.50%。

7.3  增加一個(gè)離心式除砂裝置

增加離心式除砂裝置后，泥漿中的含砂量降至2. 95%，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

7.4采用高泵量（泵量90 L/min）泵送泥漿

    泥漿在鉆桿中由于受到水平方向和垂直方向的力作用在鉆桿中做螺旋運(yùn)動(dòng)，泥漿中的固相黏附在鉆桿內(nèi)壁。采用高泵量后勢(shì)必增加其在鉆桿內(nèi)的流速，從而使泥漿在鉆桿內(nèi)盡量保持垂直流動(dòng)，不做離心運(yùn)動(dòng)。

7.5調(diào)整聚丙烯酰胺配比

    由于泥漿黏度和切力不同，經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)沉淀后水源池中泥漿含砂量不同，黏度大和切力大的泥漿沉砂困難，黏度升高易造成含砂量增加使鉆桿結(jié)垢。因此，在條件允許情況下，盡量降低泥漿黏度，使泥漿在循環(huán)槽及沉淀池中充分沉砂。

使用無固相泥漿，即聚丙烯酰胺液，保持其比重小于1. 02。鉆場(chǎng)不使用泥漿粉，防止黏土顆粒吸附巖粉等有害固相后受離心力作用被甩向鉆桿內(nèi)壁形成泥垢。使用潤(rùn)滑劑，減小泥漿流動(dòng)過程中與鉆桿內(nèi)壁的摩擦作用力，同時(shí)還可潤(rùn)滑鉆具，起到潤(rùn)滑減阻的作用。使用聚丙烯酰胺配制漿液后，泥漿的黏度情況如表6所列。

8效果檢查

    對(duì)鉆孔ZK28繩索取芯鉆進(jìn)中鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，一是調(diào)查打撈器或內(nèi)管在下放和上提過程中是否遇阻，二是在提大鉆更換鉆頭時(shí)查看每根立根是否有結(jié)垢現(xiàn)象的產(chǎn)生。

現(xiàn)場(chǎng)凋查發(fā)現(xiàn)，鉆桿內(nèi)壁未產(chǎn)生延伸式泥垢，只少量出現(xiàn)局部積垢，成功將鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢率由原來的5. 26%降低至1.50%以內(nèi)，預(yù)防了打撈器或內(nèi)管在下放及上提過程中的遇阻現(xiàn)象。經(jīng)鉆孔電視成像儀檢測(cè)驗(yàn)證，繩索取芯鉆桿內(nèi)壁未出現(xiàn)延伸式泥垢，成像成果如圖5所示。

9、【摘要】  采用繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行超深孔鉆進(jìn)時(shí)，受泥漿性能、高速鉆桿產(chǎn)生的離心力以及鉆探設(shè)備性能等因素的影響，鉆桿內(nèi)壁會(huì)產(chǎn)生集結(jié)“泥垢”現(xiàn)象，從而阻礙鉆探工序正常實(shí)施，降低鉆進(jìn)效率、增加鉆探成本。本文以ZK28孔為例，主要介紹QC小組活動(dòng)開展情況，如：目標(biāo)設(shè)定、要因確認(rèn)、對(duì)策制定及實(shí)施等。QC小組對(duì)深孔鉆探過程中鉆桿內(nèi)壁“泥垢”問題的成功解決經(jīng)驗(yàn)，可供今后類似工程參考。