绳索取心钻杆内壁结垢机理与控制方法

Wireline coring drilling technology is widely used in the field of geological drilling. However, scaling is formed on the inner wall of the pipe and causes anomalies during the drilling process. There is little research on the system methods of controlling scaling both here and abroad. To solve this problem, this project proposes to use chemical methods and microscopic characterization to reveal the components and microscopic features of scaling, analyse the influence of various factors, study on the scaling mechanism. The rheological theory of flushing fluid in small annulus will be studied, and fluid rheological model will be builded. Scientific and effective method will be proposed by optimizing drilling parameters and improving the properties of flushing fluid. This project reflects the interdisciplinary fusion, and the project results will provide a theoretical basis and technical support for solving the problem of scaling and ensuring the safety of wireline coring.

绳索取心钻井工艺被广泛应用于地质钻探领域。然而，在施工过程中因钻杆内壁结垢而引起的井下复杂情况也不断出现，迫切需要解决钻杆内壁结垢问题。国内外学者就结垢的控制方法并未做系统的研究。针对这一问题，本项目提出利用化学方法和微观表征手段揭示结垢物的组分和微观特征，分析各种因素的影响规律，研究结垢物形成的机理；研究小环空间隙下冲洗液流变学特征，建立小环空间隙下冲洗液流变模型；提出科学有效的控制结垢方法，优化钻井参数，改善冲洗液性能。项目体现了多学科交叉融合，研究成果将为解决钻杆内壁结垢问题和保证绳索取心安全钻进提供理论基础和技术支持。

本项目旨在解决绳索取心钻探施工中钻杆内壁易出现的结垢问题，防止和避免因结垢而导致的井下复杂情况，揭示钻杆内壁结垢形成机理。.本项目主要取得以下研究结论:.1、钻杆内壁结垢形成机理研究结果认为：绳索取心钻探岩粉组分与粒径大小是影响钻杆内壁结垢的主要因素。其中，泥垢中75%以上的固相颗粒的粒径>25.22μm，因此，为了预防绳索取心钻杆内壁结垢，需要将冲洗液中的固相颗粒的粒径至少控制在<25.22μm（D25）或>112.4μm的范围内。.2、冲洗液固相含量是影响绳索取心钻探钻杆内壁结垢的关键因素，研究结论认为：①冲洗液中固相含量与结垢指数成正比；②在同一钻具规格中，环空间隙越大，冲洗液中的固相颗粒越不易造成钻杆内壁结垢；③降低冲洗液中固相含量可以有效预防结垢形成。.3、绳索取心钻探小环空间隙冲洗液具有以下流变学特征：①冲洗液在绳索取心钻杆内的流态一般为层流；②钻杆转速为360r/min时，环空压耗处于峰值，该钻杆转速为冲洗液中固相的运移的影响的最值；③冲洗液的内环空压耗与钻杆转速呈负相关，而冲洗液的内外环空压耗与冲洗液排量呈正相关。.4、钻进参数对钻杆内壁结垢的形成具有影响，研究结论认为：冲洗液排量与钻杆转速共同影响钻杆内壁结垢，随着钻杆转速增大，冲洗液中的固相颗粒易获得足够的离心力，从而甩到钻杆内壁上形成垢层，但随着冲洗液排量的增大，冲洗液流态达到紊流时，冲洗液会冲刷掉钻杆内壁上的垢层。.5、基于可生物降解的环保材料黄原胶作为增粘剂、抗高温淀粉作为降滤失剂、无毒材料2000目超细碳酸钙作为封堵剂，构建出可生物降解的无土相弱凝胶冲洗液体系，抗温可达125℃，具有携岩能力较强，固相含量低，固相粒径较小，结垢指数小的特点，能有效预防钻杆内壁结垢问题的发生。.通过冲洗液体系优选，控制冲洗液中固相含量，优化钻进参数，可以有效防止钻杆内壁结垢的形成，对减少井下复杂、提高钻速具有重要意义。