化學泥漿的作用與管理[建資薈萃]

1、化學泥漿的作用與管理在鉆探工程中鉆孔沖洗是鉆探施工的一項重要技術(shù)，在鉆進過程中，根據(jù)實際鉆進的地層情況，科學的選用合適的泥漿類型進行沖洗鉆孔。以便達到清楚孔底巖粉、冷卻鉆頭、潤滑鉆具、保護孔壁、提高鉆進效率的目的。鉆井液在煤田地質(zhì)勘探和其他行業(yè)起到的作用和各方面對鉆井液的嚴格要求，促進鉆井液技術(shù)取得了迅速的發(fā)展。經(jīng)過多年的科研開發(fā)和生產(chǎn)實踐，鉆井液已從僅滿足鉆頭鉆進發(fā)展到適應各方面需求的鉆井液體系。例如：為快速鉆進服務的低粘度、低摩擦、低固相的聚合物鉆井液。防卡鉆井液、針對巖石特點的防塌鉆井液、鉆鹽巖層的飽和鹽水鉆井液等，形成較為完整的鉆井液體系。如今優(yōu)質(zhì)的鉆井液已不是一兩種材料（例如膨潤土、

2、燒堿）配制的，保持鉆井液的性能要依靠加入各種處理劑。優(yōu)質(zhì)的化學泥漿能提高鉆頭壽命、減少提鉆次數(shù)、縮短鉆井周期、降低鉆井成本、提高鉆井效率，還具有制備容易、成本低、用量少的優(yōu)點。一、 泥漿的功能 泥漿又叫做鉆井液或沖洗液，被比喻為鉆井的血液。泥漿停止循環(huán)，鉆井工作就不能正常進行。 1、沖洗孔底：泥漿可在鉆頭水眼處形成高速的液流，噴向井底。這高速噴出的泥漿可將由泥漿壓力與地層壓力差而被壓持在井底的巖屑沖起，起沖洗孔底的作用。 2、攜帶巖屑：當泥漿在環(huán)空的上返速度大于巖屑沉降速度時，泥漿可將巖屑帶出，即在一定的上返速度下，泥漿有攜帶巖屑的作用。 3、平衡地層壓力：泥漿的液柱壓力必須與地層壓力相平衡才

3、能達到防止井噴或者泥漿大量漏進地層的目的。可通過調(diào)整泥漿的密度控制泥漿的液柱壓力，使它與地層壓力相平衡，起到防涌堵漏的作用。 4、冷卻潤滑鉆頭：泥漿可將鉆井過程中鉆具（鉆頭與鉆柱）與地層摩擦產(chǎn)生的熱量帶至地面，起冷卻作用。同時，泥漿能有效地降低鉆具與地層的摩擦，起潤滑作用。 5、穩(wěn)定井壁：可在泥漿中加入適量的處理劑，使泥漿具有抑制頁巖膨脹或分散的能力，同時產(chǎn)生薄而韌的濾餅，起到穩(wěn)定井壁的作用。 6、懸浮巖屑和密度調(diào)整材料：當停止循環(huán)時，泥漿處于停止狀態(tài)，其中的膨潤土顆?？苫ハ嗦?lián)結(jié)，形成結(jié)構(gòu)，將巖屑懸浮起來。若泥漿中加有密度調(diào)整材料（如重晶石），則在停止循環(huán)時，泥漿也可將它懸浮起來。泥漿懸浮巖粉

4、和密度調(diào)整材料的能力可使泥漿停止循環(huán)后易于啟動。 7、獲取地層信息：通過泥漿帶出的巖屑，可以獲取地層許多信息。如地層物性、油、氣顯示等。 8、傳遞功率：泥漿可將泥漿泵的功率經(jīng)鉆柱從鉆頭水眼高速噴射傳到井底，提高鉆頭的破巖能力，加快鉆進速度。2、 泥漿的主要技術(shù)參數(shù)： 1、粘度：指流動時內(nèi)部各層間摩擦阻力大小的反映特性。常用漏斗粘度計和六速旋轉(zhuǎn)粘度計測定。A、漏斗粘度計：在標準漏斗中加入700ml流體，讓其漏出500ml所用的時間即為漏斗粘度，單位秒，水為15秒。 2、濾失量和泥餅厚度：濾失量：泥漿中的自由水在壓差作用下會向具有孔隙的地層滲透，造成失水，也叫做失水量的大小，形容泥漿的好壞。現(xiàn)場常

5、用的氣壓式失水儀，壓力7kg/，溫度為常溫，30分鐘失水13-18ml為正常。 泥漿失水量大，失水濾液對孔壁、巖層有滲透、溶蝕等作用，易引起孔壁的縮徑膨脹、滑落、坍塌等事故。因此一般失水量要求控制在10-25ml/30分鐘，超過此值，應更換泥漿。泥餅厚度：泥漿中的粘土顆粒在失水過程中積累起來的濾餅、泥餅薄而致密，對鉆井有利；泥餅厚而疏松會引起泥包鉆頭等井下事故。一般要求泥餅厚度小于1mm3、 比重：泥漿重量與同體積水重量之比。測量一般使用杠桿比重秤，正常低固相泥漿比重在103-105之間，不同地層配制的泥漿比重也不一樣。4、 含砂量：200目篩孔的砂子重量與泥漿體積的百分數(shù)。泥漿含砂量多時，對

6、設備、鉆頭、鉆具、泥漿泵的磨損很大，并易造成沉積巖粉和卡鉆等問題。對于高固相泥漿含砂量小于4，對于低固相泥漿含沙量小于1.超過規(guī)定值時應用除砂設備（除砂機或振動篩）對泥漿進行凈化。5、 PH值：指泥漿的酸堿度，易測易調(diào)，常被忽視。其PH值對泥漿的影響很大，如粘土的分散于穩(wěn)定、處理劑的溶解及粘度、鉆具腐蝕、鈣處理泥漿的抑制，莫不與PH值有關(guān)。泥漿PH值一般都大于7，即在堿性環(huán)境中工作。3、 泥漿的配制1、 原料：粘土：又叫膨潤土。主要成分為鋁硅酸鹽。要求其造漿率每噸大于15m 水：一般就地取水。如江、河、湖、溪或水井等處的清水均可用于配制泥漿。但遇到硬度或渾濁度太高的水，應進行預處理后方可使用。

7、純堿：工業(yè)純堿或食用級純堿即可。如對所配制的泥漿比重無特殊要求，可按1m加土50kg，堿按土的5計標（鈣基粘土要加純堿，鈉土則不需加堿）先加堿后加土攪拌30分鐘后等用。2、 泥漿處理劑的分類和使用 （1）分類可分為三大類：無機處理劑：指分子量較小，分子結(jié)構(gòu)比較簡單的化合物。如純堿、燒堿、石灰、氯化鈣、食鹽、水玻璃等。有機處理劑：（分子量較大，分子結(jié)構(gòu)比較復雜）具體分為a、降失水劑：如磺化酚醛樹（SMP），中低粘度羧甲基纖維素鈉鹽、水解聚丙烯啨胺鹽、聚合腐植酚等。b、稀釋劑（降粘劑）：如木質(zhì)素磺酸鹽、磺化褐煤等。c、絮凝劑：如聚丙烯酰胺。d、增粘劑：如植物膠、高效羧甲基纖維素鈉等。e、抑制泥、頁

8、巖水化膨脹劑：如低熒光特效防塌護壁劑、廣譜護壁劑、腐植酸鉀等。f、減摩潤滑防卡減卡劑：如特效潤滑劑、防鉆頭泥包劑等。、表面活性劑：（能夠顯著降低水的表面張力物質(zhì)）如烷基磺酸鈉、磺化瀝青，其作用為：提高泥漿的熱穩(wěn)定性，降低泥餅的摩擦系數(shù)，防塌防腐，提高鉆速等。 （2）使用方法：各種產(chǎn)品依照說明書提供的加量在配好的泥漿中按重量比加入選擇好的泥漿處理劑，然后在攪拌機內(nèi)攪拌半小時即可使用。3、 鉆井復雜地層時，泥漿的調(diào)整和處理劑的選擇及使用方法（特注：每個廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品成份含量不一樣，所以在使用中要注意好規(guī)格和使用方法）。 開孔后采用低固相泥漿，根據(jù)地層的情況不同分為：（1） 當鉆進松散、破碎、無膠結(jié)

9、巖層：應使用粘度大、失水量小、泥皮致密、靜切力和泥漿比重合適的泥漿，這樣對松散地層有一定的膠結(jié)作用，有利于穩(wěn)定孔壁?？蛇x用植物膠、廣譜護壁劑、好的羧甲基纖維素、聚丙烯酰胺、防塌護壁劑。（2） 當鉆進漏失層時：遇有井口不返水滲透性或裂縫性漏失，可選用隨鉆堵漏劑，同時應盡量減小泥漿的比重。方法是在泥漿中加清水或絮凝劑聚丙烯酰胺，以去除巖屑達到降低比重的目的。堵漏劑的加量視漏水的大小而定、（3） 當鉆進涌水時：應適當增大泥漿的比重。方法是在泥漿中加入一定數(shù)量的加重劑（如重晶石粉等）、植物膠、聚丙烯酰胺。（4） 當井壁垮塌或沉沙過多，造成起鉆遇卡、下鉆下不到底；應加入增粘劑以便將孔底沉淀物攜帶出來，可

10、選用植物膠，高粘羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酰胺、高粘防塌劑等、磺化瀝青。（5） 遇有水敏性泥頁巖地層和中壁膨脹宿經(jīng)時，應使用聚丙烯酰胺、廣譜護壁劑、特效劑、潤滑劑（6） 當鉆進易振塌及吸水膨脹地層，易產(chǎn)生泥包鉆頭事故：應選用低熒光特效防塌護臂降失水壁聚丙烯酰胺鉀鹽、廣譜護壁劑、磺化瀝青等。（7） 當鉆井泥質(zhì)地層時：由于泥土參與造漿，會造成泥漿固相越來越高，轉(zhuǎn)速越來越慢，此時應選用降粘劑磺化褐煤或采用清水加聚丙烯酰胺配成無固相沖洗液。（8） 當鉆進堅硬地層花崗巖、玄武巖等：應選用特效潤滑劑、植物膠等。（9） 當遇有含鹽量太高的地層時：由于含鹽太高對泥漿的穩(wěn)定性和化學處理劑的溶解性有影響，可選用聚丙烯

11、酰胺鹽、羧甲基纖維素鈉、鐵洛木質(zhì)素磺酸鹽、磺化瀝青等。（10） 當使用水泥護壁時，為使混凝土在較短時間內(nèi)達到規(guī)定的強度應使用速凝早強劑。4、 泥漿的凈化與管理：在施工條件允許的情況下，泥漿槽應不低于18米，中間應有2個沉淀坑及擋板。泥漿的含砂量大于4應采取除砂措施。 為了清除泥漿中的固相顆粒，泥漿中的固相顆粒處理系統(tǒng)已經(jīng)得到了加強和改進。泥漿中的固相顆粒像鉆屑巖粉等，使泥漿的流動性變壞，不但破壞了泥漿性能的穩(wěn)定而且增大了循環(huán)系統(tǒng)的摩擦力，使設備過早磨損。清除泥漿中的固體含量主要方法是加強振動篩的振動頻率，采用增加篩網(wǎng)的目數(shù)和雙層篩網(wǎng)，提高除砂器、除泥砂的除砂效率。 鉆探泥漿的配制、使用管理，是

12、一項細致的工作，必須有耐心，不怕苦、不怕臟、認真負責，精心把握泥漿變化的全過程。同時要三班做到一致，密切合作，才能保持泥漿性能的穩(wěn)定和良好的效果。 正常地層對泥漿的要求是：泵壓低（粘度低）攜砂能力強（動切力高）、啟動泵壓低（靜切力低）、潤滑性能好、摩擦力低、磨損小（固體顆粒少）。 煤田勘探深孔實施技術(shù) 在煤田地質(zhì)勘探中，孔深超過800米的孔就叫深孔。隨著煤炭資源需求量的不斷增大、淺部資源日益枯竭，這就要求我們增大對煤層煤炭資源勘察的力度。深孔施工作業(yè)最根本的技術(shù)措施就是提高純鉆進的時間，增加鉆頭進尺，使用好的泥漿（鉆井液），加強孔壁維護，增強孔壁的穩(wěn)定性，縮短施工周期，提高鉆進效率，實現(xiàn)安全、

13、優(yōu)質(zhì)、高效的鉆探目的。 1、深孔鉆探施工技術(shù)設計：深孔鉆探投入較大，地質(zhì)期望值較高，要保證整個鉆孔達到設計目的，必須有一套完整的施工技術(shù)方案，即按鉆孔編制單孔施工組織設計。設計包括礦區(qū)地層條件和巖石的物理機構(gòu)性質(zhì)、設備與動力的選擇、鉆探機具與鉆進方法的選擇、鉆孔結(jié)構(gòu)與技術(shù)套管設計、沖洗液與鉆進參數(shù)、質(zhì)量與安全措施、效率與施工進度設計、施工組織與管理。 （1） 鉆塔與設備安裝：不管是四角塔還是A子塔都必須塔腿無彎層、變形、不缺橫梁或斜拉、頂小梁堅固結(jié)實。地梁木要單個整體無腐爛、變形、斷裂。如用槽鋼焊接的地梁要求在鉆塔的幾個承重角和井口的井字架梁都用水泥澆鑄上506050/米的墩子，以加大地梁承受

14、重量的截面。并用水平找好四個角一樣，鉆機穩(wěn)裝也要求用水平尺找好前后、兩邊一樣，要求上下井口三點一線。在鉆進過程中機班長也要經(jīng)常檢查架子和孔口是否偏斜。如偏斜大了要及時校正。 （2）基本鉆井施工設備：以前老千米鉆機的那一套設備滿足不了深孔的鉆探要求?，F(xiàn)在普遍用的1600鉆機有的已用上T1-IJ-2000型鉆機。這種鉆探設備是立軸式液壓給進型式的器械，能前后移動，正反高低8個擋位。給進方式是鉆鋌加壓的方式進行。泥漿泵是采用臥式三缸變量泵，為了有效地降低成本，再配上45kw的電機進行電力供應。因為在施工中器械排粉能力差就會導致孔內(nèi)阻力變大，容易導致水堵，影響機器的轉(zhuǎn)速和鉆進功能，所以我們就需要同時在

15、施工操作中配置對泥沙、泥漿的除砂器，這樣就能維持較長時間不用更換泥漿泵的易損件，就能更好地提高純鉆進的時間。鉆塔采用22.5四角架或2F24A子型鉆塔，就能夠提高施工的安全系數(shù)。經(jīng)過多年的施工經(jīng)驗，一同使用鉆機、鉆塔和泥漿泵就會增加總體工作性能的穩(wěn)定性。安全性提高能有效的滿足煤田超深地質(zhì)鉆孔的施工要求。 （3）鉆進機具的選擇：鉆桿的選擇。50mm鉆桿適用于800m左右的中淺層鉆孔施工。自50年代開始使用，它是到目前仍承擔煤田地質(zhì)勘探主要施工任務。在近些年里，雖然在材質(zhì)上有所提高，但該鉆具仍然不能滿足深孔施工的要求。從使用中發(fā)生的事故看，存在的主要問題是斷、擼扣和池流。因此，50mm鉆桿無法保證

16、鉆孔安全和鉆進效率。目前，用繩索取芯鉆具已廣泛適用于第三、四系層覆蓋較淺的地區(qū)，并取得很好的經(jīng)濟效益。但在覆蓋層較厚和復雜性所造成的一系列問題。例如要求配備雙套鉆具、套管事故、斷鉆桿事故等，這些難以解決的問題。用60mm鉆桿，從地層設計看，基巖以上覆蓋占設計孔深一半以上，用60mm鉆桿具有較高的抗拉強度和較好的綜合機械性能。60mm鉆桿能較好的滿足深孔鉆探施工要求，施工中極少發(fā)生鉆桿事故。取芯工具。單管取芯器，當前煤田地質(zhì)勘探常用的巖心管規(guī)格為75mm、894.5mm、1084.5mm.在使用中，發(fā)現(xiàn)這種巖心管材質(zhì)相對較軟，因為采芯過程相對來說是復雜的。在施工中常常會發(fā)生彎曲變形，尤其是在巖心

17、管上端變徑接頭的絲扣位，常發(fā)生擼扣、斷口，造成孔內(nèi)事故?，F(xiàn)在有的單位已采用材質(zhì)較好，綜合機械較高的89mm石油鉆桿作為單管取芯器，施工中也沒有造成因巖心管斷口、擼扣等原因而發(fā)生的孔內(nèi)事故。雙管取芯器：采用單動雙管取芯器。加重鉆具的選擇。使用的鉆鋌有兩種規(guī)格：68mm鉆鋌和89mm鉆鋌。在這當中68mm鉆鋌使用不少于100m、89mm鉆鋌1立根，為保證安全鉆進，孔深超過1200米后就要去掉89mm鉆鋌。鉆具組合。89100mm主動鉆桿、50mm或60mm鉆桿、68mm鉆鋌、89mm鉆鋌、89mm巖心管+89113肋骨鉆頭。2、 鉆孔結(jié)構(gòu)及鉆進參數(shù)的設計。鉆孔結(jié)構(gòu)。需要根據(jù)勘探區(qū)的具體地質(zhì)條件來確

18、定鉆機的結(jié)構(gòu)設計。需要重視的是多級性的孔徑在設計中需最大限度的減少，大多數(shù)是采用直徑為100mm的孔徑。然而，特殊孔還有水文孔的設計，一般不采用這種孔徑。鉆進的技術(shù)參數(shù)。通常為鉆鋌的重量加壓鉆進，但也不是一成不變的。如三季層和四季層較厚，可采用低轉(zhuǎn)速大中等泵量。遇發(fā)育、破碎帶可采用低轉(zhuǎn)速、低泵量，以防泵量過大沖塌孔壁。3、 鉆孔安全措施開孔鉆進時，要輕壓、慢轉(zhuǎn)，保持著三點一線。立軸水接頭吊直、高壓管加牽引導向扶正。在進行下套管前鉆進時或正常鉆進時，一定要灌孔，保持孔內(nèi)泥漿壓力和孔壁平衡，以防上部孔壁垮塌或掉塊。起、下鉆前，檢查設備設施，保證性能良好可靠。起鉆要擼鉆桿，檢查絲扣、鉆桿、螺絲頭、卡斷器、巖心管鉆頭是否合格。下鉆時絲扣抹油，上扣后緩緩下鉆具，禁止下鉆時鉆機的雙閘把抬起，以防墩鉆、跑鉆?？咨詈侠硎褂盟鋮s剎車裝置。下鉆，鉆具離孔底1米時，開泵沖