沉積物粒度分布參數(shù)的矩法計算

沉積物粒度分布參數(shù)的矩法計算

為了成功進(jìn)行泡沫鉆孔，必須使用優(yōu)良的泡沫穩(wěn)定劑。鉆進(jìn)用泡沫劑的性能應(yīng)從發(fā)泡能力、泡沫穩(wěn)定性、攜巖能力、抗污染等幾個方面考慮。眾所周知,泡沫劑的主要成分是表面活性劑,但鉆進(jìn)用的泡沫劑不能簡單地選用某一種表面活性劑,必須采用復(fù)配技術(shù),才能配制成滿足鉆進(jìn)要求的泡沫劑。1df-1泡沫劑的開發(fā)1.1表面活性材料泡沫劑組分的選擇除滿足性能要求外,還應(yīng)考慮原料來源和價格,利于推廣應(yīng)用。直鏈烷基苯磺酸鈉(LAS)是一種發(fā)泡率高、生產(chǎn)工藝成熟、價格便宜的陰離子表面活性劑,選擇它為泡沫劑的主要原料(主劑),改善其不足是研制適合于鉆進(jìn)要求泡沫劑的要點;因此應(yīng)選擇其他的表面活性材料作為輔助原料(助劑),以補(bǔ)償主劑的不足。DF-1型泡沫劑復(fù)配工藝如圖1所示。1.2泡沫劑性能測定DF-1型泡沫劑的發(fā)泡能力和穩(wěn)定性采用羅斯米爾泡沫儀進(jìn)行測定。將泡沫劑分別用自來水、1‰Ca2+水、10%NaCl鹽水配制成泡沫液,測試在溫度為40°C,60°C,80°C條件下的發(fā)泡能力、穩(wěn)定性、抗鹽鈣污染能力和抗溫能力,泡沫劑加量為0.4%。實驗結(jié)果表明:DF-1型泡沫劑具有良好的發(fā)泡能力和穩(wěn)定性以及較強(qiáng)的抗鹽、抗鈣、抗溫能力。泡沫劑的攜巖能力采用單槽浮選機(jī)測定。將不同巖石研磨成粒度為0.1～0.25mm的顆粒,用清水與不同的巖粉組成礦漿,固相含量為20%,泡沫劑加量分別為0.15%和0.4%,攪拌5min,充氣刮泡,計算攜巖量。實驗結(jié)果表明:DF-1型泡沫劑對三種不同巖粉的攜量優(yōu)于國產(chǎn)泡沫劑,與美國Q-F泡沫劑相當(dāng)。DF-1型泡沫劑采用美國石油協(xié)會(API)推薦的方法進(jìn)行評價,這種方法可近似模擬鉆孔和鉆進(jìn)條件來評價泡沫劑性能。通過測定一定量泡沫液在一定時間內(nèi)的返出量了解泡沫劑性能,返出量越多,泡沫劑性能越好。測試結(jié)果見表1,由此可以看出DF-1型泡沫劑性能達(dá)到并超過了API規(guī)定的性能標(biāo)準(zhǔn)。2df-1泡沫劑的應(yīng)用2.1不穩(wěn)定地層護(hù)壁充填泡沫泥漿是一種由微細(xì)氣泡和粘土顆粒同時分散在水中形成的多相分散體系。它具有密度低、結(jié)構(gòu)致密、流體粘稠的特性。用于不穩(wěn)定地層,有護(hù)壁防塌作用。在滲透、裂隙地層有防漏和消除漏失的效能。在高山、缺水地區(qū)使用可減少用水量,同時滿足攜巖和護(hù)壁的要求。尤其在地?zé)峋透邷?災(zāi)害治理對滑面分層的評價和解決巖芯“混層”有獨(dú)特效果。2.1.1泡沫豆?jié){ro3泡沫泥漿性能取決于泥漿組成和氣液的相對含量。要使泡沫泥漿體系穩(wěn)定,首先要解決的是使氣泡能穩(wěn)定地存在于泥漿中。泡沫的形成和穩(wěn)定與表面張力、表面粘度、膜的強(qiáng)度等因素有關(guān),泡沫的穩(wěn)定性隨表面粘度、膜強(qiáng)度增加而增加。因此應(yīng)加入能提高液相粘度和膜強(qiáng)度的穩(wěn)泡劑。一般來說,泡沫泥漿應(yīng)由下列組分組成:人工鈉土4%(或鈣土+純堿)+穩(wěn)泡劑(CMC0.2%或PHP0.2‰)+泡沫劑0.1%根據(jù)正交設(shè)計分析得出,各因素對于泡沫泥漿性能影響極大,由此應(yīng)針對不同情況控制各處理劑的加量,得到最優(yōu)配方。實驗和現(xiàn)場應(yīng)用表明,泡沫泥漿性能的一般要求是:基漿視粘度:ηa=25～20mPa·s;基漿切力:τ初>2.25Pa,τ終>4.5Pa;泡沫泥漿密度:ρ=(0.55～0.85)×103kg/m3;泡沫泥漿動塑比:τo/ηp=0.36～0.48Pa/mPa·s;泡沫泥漿流性指數(shù):n=0.4～0.7。2.1.2現(xiàn)場應(yīng)用2.1.2.泡沫灌漿鉆進(jìn)法泡沫泥漿是在低固相聚合物泥漿的基礎(chǔ)上,加入泡沫劑和穩(wěn)泡劑而形成的低密度鉆井介質(zhì),它除具有低固相泥漿的一般優(yōu)點外,其最大特點是密度小,液柱壓力低,能實現(xiàn)低壓平衡鉆進(jìn),提高機(jī)械鉆速,防止或減少因壓差而造成的漏失。含有氣泡的鉆進(jìn)流體,呈密集的泡沫群體結(jié)構(gòu),具有高的結(jié)構(gòu)粘度和低的上返流速,懸浮和攜帶巖屑能力很強(qiáng),為低固相泥漿的3～5倍。泡沫泥漿形成的泥餅,具有疏水性和粘彈性,大大限制了自由水的滲透,減小了流體對孔壁的擾動,保護(hù)了孔壁。泡沫泥漿在四川地礦局113隊、202隊、205隊、109隊、404隊等單位應(yīng)用,成功地解決了鉆進(jìn)過程中漏失、長孔段坍塌、沉砂高達(dá)五六十米的復(fù)雜情況。在不穩(wěn)定松散煤系地層中應(yīng)用,減少了漏失,保持了孔內(nèi)清潔,避免了下套管,提高了鉆進(jìn)效率。在受控定向分枝孔中,配合液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),保證了復(fù)雜孔段的孔壁穩(wěn)定,使定向造斜順利完成,提高了鉆井效率和巖礦芯采取率。泡沫泥漿與低固相泥漿鉆進(jìn)的經(jīng)濟(jì)效益對比見四川地礦局113隊提供的試驗數(shù)據(jù)(表2)。2.1.2.應(yīng)用了泡沫豆?jié){+拉多崗地?zé)崽镢@井工藝西藏地?zé)豳Y源十分豐富,地?zé)崽锷喜康牡谒南档貙右陨暗[巖為主,裂隙發(fā)育,下部是花崗巖,斷層多,區(qū)域熱蝕變的地層破碎,孔隙率高。在鉆井中常遇到鉆井液漏失,引起井壁坍塌、卡鉆、埋鉆、井涌、井噴等一系列井下事故,且多數(shù)井漏屬于壓差性漏失,漏失強(qiáng)度大。為了解決鉆井液漏失,減少井下事故,取全取準(zhǔn)地質(zhì)資料,提高鉆井效益,將泡沫泥漿鉆進(jìn)工藝應(yīng)用于西藏羊八井和拉多崗地?zé)崽镢@井。應(yīng)用結(jié)果表明,泡沫泥漿低的密度,良好的攜巖排粉能力,護(hù)壁、防漏治漏等優(yōu)點。達(dá)到了在低壓或無壓漏失地層的平衡鉆進(jìn),取得了明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。拉多崗熱田ZK206井在400m以上井段使用普通泥漿(密度為1.15×103kg/m3左右)出現(xiàn)井漏,地層有0.2～0.25m的裂縫存在,漏失嚴(yán)重,采用多種方法堵漏,收效甚微。在400m以下井段換用泡沫泥漿鉆進(jìn),治住了井段多點漏失,順利地鉆到941.40m終孔,臺月效率達(dá)到655.62m,比普通泥漿提高66.2%,縮短了鉆井周期,節(jié)約鉆井成本費(fèi)用數(shù)萬元。在多次處理鉆桿脫扣事故中,停泵達(dá)10h以上,井底始終保持干凈,無沉砂埋鉆現(xiàn)象,這在以往施工中是少有的。這也充分體現(xiàn)了泡沫泥漿護(hù)壁好,排砂能力強(qiáng)的優(yōu)越性。2.1.2.孔內(nèi)資源現(xiàn)狀分析自1993年以來,南江水文隊在重慶北碚施家梁治理滑坡勘察施工中,為解決第四系崩塌體發(fā)生滑坡造成鉆孔漏失、垮塌和巖屑過多,殘留孔底下鉆不到位,取出巖心“混層”等難題,在該地區(qū)首次采用了DF-1型泡沫劑和防塌防漏型泡沫泥漿配方,在5個鉆孔中施工試驗累計進(jìn)尺380.3m。由于充氣泡沫泥漿屬“氣、液、固”三相泡沫流體,具有表面張力大,流體聚結(jié)結(jié)構(gòu)強(qiáng),帶砂攜巖能力很強(qiáng),且在孔壁形成了疏水性、粘彈性的泡沫吸附壁,具有防塌防漏的特殊作用。因此,使用該泥漿后每次下鉆能夠順利到底,鉆孔垮塌、漏失也有明顯改觀,泥漿消耗量大大減少,孔內(nèi)卡鉆事故下降40%～50%,鉆探臺效由原來200m/臺月提高到480m/臺月,實現(xiàn)了安全順利鉆進(jìn)。更重要的是孔內(nèi)清潔下鉆到底,避免了鉆進(jìn)取芯過程對巖芯的擾動,使取出的巖芯完整。原狀巖芯對滑面及滑帶上的劃分、分層與評價提供了有效的方法和手段,解決了過去巖芯“混層”的難題。因此,認(rèn)為泡沫泥漿在治理地質(zhì)災(zāi)害解決滑坡勘察中應(yīng)用效果顯著,有推廣價值。2.2孔內(nèi)涌水的影響泡沫潛孔錘鉆進(jìn)是在空氣鉆進(jìn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,是介于空氣和清水之間的沖洗介質(zhì),具有液柱壓力低、結(jié)構(gòu)粘度高、潤滑減阻、捕集排粉好、環(huán)境污染小、地層適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點,特別在潮濕、涌水、漏水、水敏性、不穩(wěn)定地層較空氣鉆進(jìn)有其獨(dú)特的優(yōu)越性。在泡沫潛孔錘鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)中影響泡沫鉆進(jìn)的關(guān)鍵是泡沫質(zhì)量,即確保鉆進(jìn)時泡沫處于最佳狀態(tài)。它取決于泡沫劑性質(zhì)和氣液比,以及配制時泡沫濃度和泵入量?，F(xiàn)場應(yīng)用表明,優(yōu)質(zhì)的DF-1型泡沫劑對泡沫質(zhì)量提供了先決條件,氣液比一般控制在100∶1～300∶1范圍時,應(yīng)根據(jù)不同鉆進(jìn)情況調(diào)整和控制泡沫的質(zhì)量,使泡沫液結(jié)構(gòu)致密、流變性好,攜巖能力強(qiáng)。這需要根據(jù)地層條件、孔徑、孔內(nèi)涌水等的變化及時調(diào)整泡沫劑濃度和泵量,對正常的干孔,泡沫劑濃度在1‰～1.5‰,泵量在40L/min較為合適;對潮濕孔,泡沫劑濃度為2‰,泵量在15～20L/min為宜;有孔內(nèi)涌水時,泡沫劑濃度和泵量與涌水量直接相關(guān),對小涌水(1t/h以下),泡沫劑濃度為2‰～2.2‰,泵量為15～18L/min;對中涌水(8t/h),泡沫劑濃度3‰～4‰,泵量為15～25L/min;對大涌水(>18t/h),泡沫劑濃度應(yīng)不低于5‰,泵量不小于20L/min;當(dāng)孔內(nèi)積水過多,發(fā)生堵塞時,可直接在孔中注入高濃度泡沫劑(>5‰),以消除積水和堵塞。在鉆進(jìn)時,可觀察返出孔口的泡沫狀態(tài)及時調(diào)整泡沫劑的濃度和泵量。泡沫的最佳狀態(tài)為泡沫外觀似刮臉膏狀、底部有少量水,能夠自行流動,其攜巖能力很好。若泡沫為稀泡沫,含液量大,底部有大量水,泡沫流動性好,攜巖效果不好。若泡沫為濃泡沫,泡沫流動性差,雖攜巖效果好,但不經(jīng)濟(jì)。通過在河北涉縣