掘削時にドリルストリングが固着する（ビットの重量が失われる）のを防ぐにはどうすればよいでしょうか？

「ビット荷重損失」（LWB）とは、掘削中に設計されたビット荷重（WOB）がドリルビットに作用しない状況を指します。これは、坑内ドリルストリングと坑井壁との間の過剰な摩擦により、加えられた荷重がすべてドリルストリングに吸収されてしまうためです。

WOBを適用すると、坑井収縮により、多くの場合、荷重が完全にドリルストリングまたはスタビライザー。これには継続的な荷重の印加が必要ですが、ドリルストリングの圧縮強度を考慮する必要があります。荷重が増加するたびに、ドリルストリングがわずかに下方に移動する可能性があります。荷重を繰り返し印加することで、ドリルストリングは収縮した坑井セクションを通過できます。ドリルストリングがこのセクションから出ると、ドリルビットはすぐに坑井底に接触します。この時点でのWOBは通常の掘削時よりも高いため、ビットは地層をより深く貫通し、トルクが急激に増加します。これにより、ロータリーテーブルまたはトップドライブが停止する可能性があります。停止が発生した場合は、ドリルストリングを急に持ち上げないでください。まずトルクを解放してください。調整を繰り返すと、通常の掘削を再開できます。

ビット荷重の喪失は、通常、バックリーミングを伴う垂直坑井の方向掘削、複数回のバックリーミング作業を伴う方向掘削、ウィンドウミリングおよびサイドトラッキング方向掘削、水平坑井の方向掘削などの場合に発生します。坑井軌道や様々な抵抗要因により、ドリルストリングに加えた圧力がドリルビットに伝わりにくくなります。総合的な泥水検層計や重量計から、これは次のように示されます。WOBが継続的に増加してもドリルビットの位置は変化せず、掘削距離も伸びません。ポンプ圧力は上昇せず、ポンプの閉塞も発生しません。しかし、WOBがさらに増加すると、突然ポンプが閉塞する可能性があります。方向掘削の場合、ビット荷重の喪失は通常の方向掘削作業を妨害するだけでなく、作業が不適切な場合はパイプの固着のリスクも伴います。

1.坑井軌道制御の強化とドリルストリング構成の最適化

坑井軌道の不良によるビット荷重の損失に対処するため、主な工学的対策は軌道制御の強化である。高角度・長尺方向掘削井においては、坑井の偏向角と方位角を設計値に維持し、設計値からのずれによるバックリーミングを回避するために、坑井全体にわたるガイド制御を採用する必要がある。

坑井軌道不良によるビット荷重損失に対して最も効果的な解決策は、ドリルストリングの構成を簡素化することです。具体的には、ドリルカラーの数を減らし、重量ドリルパイプ（HWDP）の数を増やします。これにより、ドリルストリングの剛性が低下し、ドリルストリングと泥ケーキの接触面積が減少するため、ビット荷重損失と差動固着の両方を防ぐことができます。

水平坑井におけるビットの重量損失については、坑井の洗浄、潤滑、および掘削作業員の作業技術に重点を置いた対策を講じるべきである。

2.洗浄力の向上

洗浄効果を高めるには、坑井洗浄と、表面固形物制御装置を用いた表面泥水の浄化が含まれる。

泥の切削屑運搬能力を向上させる

近年の方向掘削プロジェクトでは、PDCビットと操舵可能なモーター技術を組み合わせたものが一般的に使用されており、比較的速い掘削速度を実現し、切削屑を微細な粒子に粉砕するが、坑井洗浄において一定の課題が生じている。

異なる坑井区間における変位要件：φ311 mmの坑井区間では、変位量は3.4 m³/分以上でなければならず、φ216 mmの坑井区間では、1.1 m³/分以上でなければならない。

坑内切削屑の回収量に基づいて泥水のレオロジーパラメータを調整する：低固形分ポリマー掘削泥水の場合、良好な切削屑搬送効果を確保するため、動的塑性比は0.42～0.50の範囲に制御する必要があります。泥水の粘度とゲル強度に関しては、高角度方向掘削井の粘度は48秒以上に維持する必要があります。高い粘度とゲル強度は、切削屑の垂直沈下を防ぐのに役立ちます。

ある掘削プロジェクトにおいて、坑井の傾斜角が50～60度のときに、有機系ポジティブゲルを添加したところ、泥水の粘度が約42秒まで低下し、坑底での切削屑の回収不良や、方向掘削中のビット荷重の減少といった問題が発生した。泥水の粘度を50秒まで上昇させたところ、坑底の状態は正常に戻った。

深度が200～300メートルを超える井戸の場合、水平坑井は20～30度の傾斜で坑井区間まで引き抜くことができます。方向掘削用のドリルストリング構成では、通常、複数のドリルカラーが用いられます。新しく掘削された坑井では、ドリルカラーの存在により環状泥水の戻り速度が増加するため、切削屑層は通常、古い坑井内に沈殿します。そのため、掘削チームによっては、新しく掘削された坑井区間のみを引き抜く場合があり、これは切削屑層の破砕にはほとんど効果がありません。

3.泥の潤滑性と泥ケーキの品質を向上させる

泥の潤滑性を向上させる

泥水の潤滑性を向上させるための具体的な対策としては、第一に潤滑剤の添加量を増やすこと、第二に異なる潤滑剤を組み合わせて使用​​することが挙げられる。

方向掘削では、通常、掘削作業中に原油が泥水に混合されます。原油は潤滑性に優れていますが、添加すると泥ケーキの品質が低下します。そのため、方向掘削作業では、原油は水性潤滑剤と併用する必要があります。これにより、潤滑の問題が解決されるだけでなく、原油の過剰添加による厚い泥ケーキの発生も回避できます。

滑り摩擦は摩擦係数とともに増加する。この問題を解決するために、原油含有量が9～10％を超えないように、約3～5トンの原油を泥水に混合することができる。

泥ケーキの品質を向上させる

泥ケーキの品質を向上させるには、スルホン化アスファルトやフェノール樹脂などの泥材を添加することができる。高品質の泥ケーキは、ビットの重量減少による差圧固着のリスクを低減する。

液体潤滑剤に加え、固体潤滑剤や極圧潤滑剤もビットの重量減少を抑制するのに効果的です。硬質地層での方向掘削中にビットの重量減少が発生した場合、200～300kgの膨張黒鉛を一度に添加すると、潤滑不良によるビットの重量減少を解消するのに効果的です。

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