[精選]化學(xué)泥漿的作用與管理[1]--資料

1、化學(xué)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(xiàng)重要技術(shù)，在鉆進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)的地層情況，科學(xué)的選用合適的泥漿類型進(jìn)行沖洗鉆孔。 以便達(dá)到清楚孔底巖粉、 冷卻鉆頭、潤(rùn)滑鉆具、保護(hù)孔壁、提高鉆進(jìn)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(duì)鉆井液的嚴(yán)格要求，促進(jìn)鉆井液技術(shù)取得了迅速的發(fā)展。經(jīng)過(guò)多年的科研開發(fā)和生產(chǎn)實(shí)踐，鉆井液已從僅滿足鉆頭鉆進(jìn)發(fā)展到適應(yīng)各方面需求的鉆井液體系。例如：為快速鉆進(jìn)服務(wù)的低粘度、低摩擦、低固相的聚合物鉆井液。防卡鉆井液、針對(duì)巖石特點(diǎn)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(rùn)

2、土、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(xué)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(diǎn)。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(jìn)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(dāng)泥漿在環(huán)空的上返速度大于巖屑沉降速度時(shí)，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

3、才能達(dá)到防止井噴或者泥漿大量漏進(jìn)地層的目的?？赏ㄟ^(guò)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(rùn)滑鉆頭：泥漿可將鉆井過(guò)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(shí)，泥漿能有效地降低鉆具與地層的摩擦，起潤(rùn)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(yè)巖膨脹或分散的能力，同時(shí)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(dāng)停止循環(huán)時(shí)，泥漿處于停止?fàn)顟B(tài)，其中的膨潤(rùn)土顆?？苫ハ嗦?lián)結(jié)，形成結(jié)構(gòu)，將巖屑懸浮起來(lái)。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(shí)，泥漿也可將它懸浮起來(lái)。泥漿懸浮巖粉和密

4、度調(diào)整材料的能力可使泥漿停止循環(huán)后易于啟動(dòng)。7、獲取地層信息：通過(guò)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(jìn)速度。二、泥漿的主要技術(shù)參數(shù)：1、粘度：指流動(dòng)時(shí)內(nèi)部各層間摩擦阻力大小的反映特性。常用漏斗粘度計(jì)和六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定。A、漏斗粘度計(jì)：在標(biāo)準(zhǔn)漏斗中加入700ml 流體，讓其漏出500ml 所用的時(shí)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(huì)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(chǎng)常用的氣壓

5、式失水儀，壓2力 7kg/ cm ，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(duì)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(guò)此值，應(yīng)更換泥漿。泥餅厚度：泥漿中的粘土顆粒在失水過(guò)程中積累起來(lái)的濾餅、泥餅薄而致密，對(duì)鉆井有利；泥餅厚而疏松會(huì)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(cè)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?jǐn)?shù)。泥漿含砂量多

6、時(shí)，對(duì)設(shè)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(wèn)題。對(duì)于高固相泥漿含砂量小于 4，對(duì)于低固相泥漿含沙量小于 1 .超過(guò)規(guī)定值時(shí)應(yīng)用除砂設(shè)備（除砂機(jī)或振動(dòng)篩）對(duì)泥漿進(jìn)行凈化。5、 PH 值：指泥漿的酸堿度，易測(cè)易調(diào)，常被忽視。其PH值對(duì)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。三、泥漿的配制1、原料：粘土：又叫膨潤(rùn)土。主要成分為鋁硅酸鹽。要求其造漿率每噸大于15m 3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

7、水，應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理后方可使用。純堿：工業(yè)純堿或食用級(jí)純堿即可。如對(duì)所配制的泥漿比重?zé)o特殊要求，可按 1m 3加土 50kg ，堿按土的5計(jì)標(biāo)（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(wú)機(jī)處理劑：指分子量較小，分子結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的化合物。 如純堿、 燒堿、石灰、氯化鈣、食鹽、水玻璃等。有機(jī)處理劑： （分子量較大，分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)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

8、劑：如植物膠、高效羧甲基纖維素鈉等。e、抑制泥、頁(yè)巖水化膨脹劑：如低熒光特效防塌護(hù)壁劑、廣譜護(hù)壁劑、腐植酸鉀等。f、減摩潤(rùn)滑防卡減卡劑：如特效潤(rùn)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(shuō)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(jī)內(nèi)攪拌半小時(shí)即可使用。3、鉆井復(fù)雜地層時(shí)，泥漿的調(diào)整和處理劑的選擇及使用方法（特注：每個(gè)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

9、的情況不同分為：（一）當(dāng)鉆進(jìn)松散、破碎、無(wú)膠結(jié)巖層：應(yīng)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(duì)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(hù)壁劑、好的羧甲基纖維素、聚丙烯酰胺、防塌護(hù)壁劑。（二）當(dāng)鉆進(jìn)漏失層時(shí)：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(shí)應(yīng)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(dá)到降低比重的目的。堵漏劑的加量視漏水的大小而定、（三）當(dāng)鉆進(jìn)涌水時(shí)：應(yīng)適當(dāng)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。（四）當(dāng)井壁垮塌或沉沙過(guò)多，造成起鉆遇卡、下鉆下不到底

10、；應(yīng)加入增粘劑以便將孔底沉淀物攜帶出來(lái)，可選用植物膠，高粘羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酰胺、高粘防塌劑等、磺化瀝青。（五）遇有水敏性泥頁(yè)巖地層和中壁膨脹宿經(jīng)時(shí)，應(yīng)使用聚丙烯酰胺、廣譜護(hù)壁劑、特效劑、潤(rùn)滑劑（六）當(dāng)鉆進(jìn)易振塌及吸水膨脹地層，易產(chǎn)生泥包鉆頭事故：應(yīng)選用低熒光特效防塌護(hù)臂降失水壁聚丙烯酰胺鉀鹽、廣譜護(hù)壁劑、磺化瀝青等。（七）當(dāng)鉆井泥質(zhì)地層時(shí)：由于泥土參與造漿，會(huì)造成泥漿固相越來(lái)越高，轉(zhuǎn)速越來(lái)越慢，此時(shí)應(yīng)選用降粘劑磺化褐煤或采用清水加聚丙烯酰胺配成無(wú)固相沖洗液。（八）當(dāng)鉆進(jìn)堅(jiān)硬地層花崗巖、玄武巖等：應(yīng)選用特效潤(rùn)滑劑、植物膠等。（九）當(dāng)遇有含鹽量太高的地層時(shí)：由于含鹽太高對(duì)泥漿的穩(wěn)定性和化學(xué)處

11、理劑的溶解性有影響，可選用聚丙烯酰胺鹽、羧甲基纖維素鈉、鐵洛木質(zhì)素磺酸鹽、磺化瀝青等。（十）當(dāng)使用水泥護(hù)壁時(shí)，為使混凝土在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度應(yīng)使用速凝早強(qiáng)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(yīng)不低于 18 米，中間應(yīng)有 2 個(gè)沉淀坑及擋板。泥漿的含砂量大于 4應(yīng)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(qiáng)和改進(jìn)。泥漿中的固相顆粒像鉆屑巖粉等，使泥漿的流動(dòng)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(shè)備過(guò)早磨損。清除泥漿中的固體含量主要方法是加強(qiáng)振動(dòng)篩的振動(dòng)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

12、率。鉆探泥漿的配制、使用管理，是一項(xiàng)細(xì)致的工作，必須有耐心，不怕苦、不怕臟、認(rèn)真負(fù)責(zé)，精心把握泥漿變化的全過(guò)程。同時(shí)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(duì)泥漿的要求是：泵壓低（粘度低）攜砂能力強(qiáng)（動(dòng)切力高） 、啟動(dòng)泵壓低（靜切力低） 、潤(rùn)滑性能好、摩擦力低、磨損小（固體顆粒少） 。煤田勘探深孔實(shí)施技術(shù)在煤田地質(zhì)勘探中，孔深超過(guò)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?cè)龃髮?duì)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(jìn)的時(shí)間，增加鉆頭進(jìn)尺，使用好的泥漿（鉆井液） ，加強(qiáng)孔壁維護(hù)，增強(qiáng)孔壁的穩(wěn)定性，縮

13、短施工周期，提高鉆進(jìn)效率，實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效的鉆探目的。1、深孔鉆探施工技術(shù)設(shè)計(jì)：深孔鉆探投入較大，地質(zhì)期望值較高，要保證整個(gè)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)包括礦區(qū)地層條件和巖石的物理機(jī)構(gòu)性質(zhì)、設(shè)備與動(dòng)力的選擇、鉆探機(jī)具與鉆進(jìn)方法的選擇、鉆孔結(jié)構(gòu)與技術(shù)套管設(shè)計(jì)、沖洗液與鉆進(jìn)參數(shù)、質(zhì)量與安全措施、效率與施工進(jìn)度設(shè)計(jì)、施工組織與管理。（ 1） 鉆塔與設(shè)備安裝：不管是四角塔還是A 子塔都必須塔腿無(wú)彎層、變形、不缺橫梁或斜拉、頂小梁堅(jiān)固結(jié)實(shí)。地梁木要單個(gè)整體無(wú)腐爛、變形、斷裂。如用槽鋼焊接的地梁要求在鉆塔的幾個(gè)承重角和井口的井字架梁都用水泥澆鑄上

14、50 ×60 ×50/ 米的墩子，以加大地梁承受重量的截面。并用水平找好四個(gè)角一樣，鉆機(jī)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(diǎn)一線。在鉆進(jìn)過(guò)程中機(jī)班長(zhǎng)也要經(jīng)常檢查架子和孔口是否偏斜。如偏斜大了要及時(shí)校正。（ 2）基本鉆井施工設(shè)備：以前老千米鉆機(jī)的那一套設(shè)備滿足不了深孔的鉆探要求。現(xiàn)在普遍用的 1600 鉆機(jī)有的已用上 T1-IJ-2000 型鉆機(jī)。這種鉆探設(shè)備是立軸式液壓給進(jìn)型式的器械，能前后移動(dòng)，正反高低 8 個(gè)擋位。給進(jìn)方式是鉆鋌加壓的方式進(jìn)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(jī)進(jìn)行電力供應(yīng)。因?yàn)樵谑┕ぶ衅餍蹬欧勰芰?/p>

15、差就會(huì)導(dǎo)致孔內(nèi)阻力變大，容易導(dǎo)致水堵，影響機(jī)器的轉(zhuǎn)速和鉆進(jìn)功能，所以我們就需要同時(shí)在施工操作中配置對(duì)泥沙、泥漿的除砂器，這樣就能維持較長(zhǎng)時(shí)間不用更換泥漿泵的易損件，就能更好地提高純鉆進(jìn)的時(shí)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(guò)多年的施工經(jīng)驗(yàn)，一同使用鉆機(jī)、鉆塔和泥漿泵就會(huì)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(jìn)機(jī)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(dān)煤田地質(zhì)勘探主要施工任務(wù)。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

16、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(wèn)題是斷、擼扣和池流。因此， 50mm 鉆桿無(wú)法保證鉆孔安全和鉆進(jìn)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(jì)效益。但在覆蓋層較厚和復(fù)雜性所造成的一系列問(wèn)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(wèn)題。用60mm 鉆桿，從地層設(shè)計(jì)看，基巖以上覆蓋占設(shè)計(jì)孔深一半以上，用 60mm 鉆桿具有較高的抗拉強(qiáng)度和較好的綜合機(jī)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(dāng)前煤田地質(zhì)勘探常用的巖心管規(guī)格為75mm 、 89 ×4.5

17、mm 、 108 ×4.5mm. 在使用中， 發(fā)現(xiàn)這種巖心管材質(zhì)相對(duì)較軟，因?yàn)椴尚具^(guò)程相對(duì)來(lái)說(shuō)是復(fù)雜的。在施工中常常會(huì)發(fā)生彎曲變形，尤其是在巖心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(jī)械較高的 89mm 石油鉆桿作為單管取芯器，施工中也沒(méi)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(dòng)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(dāng)中 68mm 鉆鋌使用不少于 100m 、89mm 鉆鋌 1 立根，為保證安全鉆進(jìn)，孔深超過(guò) 1200 米后就要去掉 89mm 鉆鋌。 鉆

18、具組合。 89 ×100mm 主動(dòng)鉆桿、 50mm 或60mm 鉆桿、 68mm 鉆鋌、 89mm 鉆鋌、 89mm 巖心管 +89 ×113 肋骨鉆頭。2、鉆孔結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)參數(shù)的設(shè)計(jì)。鉆孔結(jié)構(gòu)。需要根據(jù)勘探區(qū)的具體地質(zhì)條件來(lái)確定鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。需要重視的是多級(jí)性的孔徑在設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，一般不采用這種孔徑。鉆進(jìn)的技術(shù)參數(shù)。通常為鉆鋌的重量加壓鉆進(jìn)，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(guò)大沖塌孔壁。3、鉆孔安全措施開孔鉆進(jìn)時(shí)，要輕壓、慢轉(zhuǎn)，保持著三點(diǎn)一線。立軸水接頭吊直、高壓管加牽引導(dǎo)向扶正。在進(jìn)行下套管前鉆進(jìn)時(shí)或正常鉆進(jìn)時(shí)，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(shè)備設(shè)施，保證性能良好可靠。起鉆要擼鉆桿