岩盤掘削中にスティックスリップが発生しても慌てない ― 5つのコア対応戦略
スティックスリップは、岩盤掘削においてよく見られる坑井内問題であり、周期的または突発的なビットジャンプと異常なトルク変動を特徴とします。この現象は、掘削速度の低下、工具摩耗の促進、さらにはパイプの詰まりやドリルストリングの破損につながる可能性があります。安全かつ効率的な岩盤掘削作業には、原因を迅速に特定し、的確な対策を講じることが不可欠です。以下の5つの戦略は、実用的な対策をまとめたものです。
岩盤掘削パラメータを最適化して根本原因に対処する 岩盤掘削パラメータと地層条件の不一致は、スティックスリップの頻繁な誘因となります。パラメータを動的に調整することで、スティックスリップの発生を大幅に低減できます。
ビット荷重（WOB）を適切に低減：岩石強度やビット荷重の限界を超える過度のWOBは、硬い地層で「バイトアンドスリップ」現象を繰り返す原因となります。リアルタイムのトルクと貫入量の変化に基づいてWOBを段階的に低減することで、切削動作をスムーズにし、瞬間的な衝撃を軽減します。
回転速度（RPM）を動的に調整：地層とビットの種類に応じてRPMを選択します。硬くて脆い地層や鋼製ビットを使用する場合、高いRPMは摩耗と振動を増加させます。RPMを下げると高周波の衝撃が軽減され、スティックスリップの防止に役立ちます。軟らかい地層では、安全な範囲内でRPMを上げることで、貫入速度を向上させ、切削屑の堆積を減らすことができます。
ドリルストリングとビットアセンブリを検査して、穴の負荷が均一であることを確認します。ドリルストリングの摩耗、変形、または接続欠陥は不均衡を引き起こし、スティックスリップの主なハードウェア要因となります。
ビットの状態を確認してください。過度の摩耗、歯の破損、ビットボール（ビットに切削片が付着する）は、切削安定性を損ないます。ビットを定期的に取り外して点検し、摩耗やボールが見つかった場合は、直ちに交換または清掃してください。
ドリルロッドの健全性を確認：ドリルロッドが曲がったり変形したり、ねじ山の接続が緩んでいると、回転中に偏心振動が発生します。目視検査と貫通孔検査を実施し、曲がったロッドを交換し、接続不良箇所を締め直したり修理したりして、真直性と安定性を回復してください。
岩盤掘削流体を最適化して掘削孔底の環境を改善します。岩盤掘削流体の特性は、切削屑の輸送と坑井の安定性に大きく影響します。流体の性能が悪いと、切削屑床または不安定な穴が促進され、間接的にスティックスリップを引き起こします。
作動油の粘度を調整する：粘度が低いと切削屑の搬送能力が低下し、ビットに切削屑層が形成されやすくなり、切削抵抗が急激に変化します。粘度を上げるか、増粘剤を加えることで、切削屑の懸濁と搬送を改善できます。
流体の密度制御：泥水の重量が過剰になると、坑底圧力とビットへの接触応力が上昇し、掘削孔の狭窄を引き起こして坑井抵抗を増加させる可能性があります。地層圧力データに基づいて密度を調整し、坑井制御を維持しながら可能な限り低く抑えることで、岩盤掘削への影響を最小限に抑えます。
プロセスを地質学的複雑さに適合させる 地層の不均一性はスティックスリップの根本的な原因であり、それに合わせた運用戦術が必要です。
軟岩層と硬岩層が交互に変化する岩盤を慎重に通過してください。軟岩層から硬岩層への急激な変化は、切削抵抗の急激な変化を引き起こし、スティックスリップを引き起こす可能性があります。「WOBを下げ、低速掘削」の移行を使用し、必要に応じて、硬度の変化に対応するため、より適切なビット（例えば、鋼製ビットではなく、タングステンカーバイドインサート付きトリコーンビット）に切り替えてください。
孔の狭窄と崩壊への対応：狭隘部や崩壊が発生している箇所では、まず流体の粘度を高め、流出防止剤や架橋剤を投入して孔壁を安定させ、その後、調整したパラメータで削岩を再開します。固着が発生した場合は、ダウンホールジャーまたはショックツールを使用してアセンブリを解放し、拡大を防ぎます。
現場管理、トレーニング、メンテナンスを強化し、効果的な予防と対応には技術的な対策と堅実な管理を組み合わせる必要があります。
オペレーターのスキル向上：作業員に対し、安定した送りを維持し、WOB（回転数）やRPM（回転速度）の急激な変化を避けるよう訓練します。トルクメーター、重量計、その他の計器類を綿密に監視し、異常な変動の兆候が見られたらすぐに停止して点検し、早期介入を可能にします。
機器と記録の維持管理：掘削リグとツールの定期メンテナンスを実施し、適時に点検を実施し、すべてのインシデントとパラメータ調整を記録します。様々な地層や操業条件下でのスティックスリップ発生記録の分析は、的を絞った予防・是正計画の策定に役立ちます。
まとめ：
スティックスリップの防止と管理には、適切な岩盤掘削パラメータ設定、信頼性の高いドリルストリングの状態、効果的な岩盤掘削流体の特性、地層適応技術、そして規律ある現場管理といった、協調的な行動が必要です。これらの5つの中核戦略を適用することで、ダウンタイムを削減し、機器を保護し、岩盤掘削作業を安全かつ効率的に維持することができます。
