化学泥浆的作用与管理[1]

1、在钻探工程中钻孔冲洗是钻探施工的一项重要技术，在 钻进过程中，根据实际钻进的地层情况，科学的选用合适的 泥浆类型进行冲洗钻孔。 以便达到清楚孔底岩粉、 冷却钻头、 润滑钻具、保护孔壁、提高钻进效率的目的。钻井液在煤田地质勘探和其他行业起到的作用和各方面 对钻井液的严格要求，促进钻井液技术取得了迅速的发展。 经过多年的科研开发和生产实践，钻井液已从仅满足钻头钻 进发展到适应各方面需求的钻井液体系。例如：为快速钻进 服务的低粘度、低摩擦、低固相的聚合物钻井液。防卡钻井 液、针对岩石特点的防塌钻井液、钻盐岩层的饱和盐水钻井 液等，形成较为完整的钻井液体系。如今优质的钻井液已不 是一两种材料（例如膨润

2、土、烧碱）配制的，保持钻井液的 性能要依靠加入各种处理剂。优质的化学泥浆能提高钻头寿命、减少提钻次数、缩短 钻井周期、 降低钻井成本、 提高钻井效率， 还具有制备容易、 成本低、用量少的优点。一、泥浆的功能泥浆又叫做钻井液或冲洗液，被比喻为钻井的血液。泥 浆停止循环，钻井工作就不能正常进行。1 、冲洗孔底：泥浆可在钻头水眼处形成高速的液流，喷 向井底。这高速喷出的泥浆可将由泥浆压力与地层压力差而被压持在井底的岩屑冲起，起冲洗孔底的作用。2 、携带岩屑：当泥浆在环空的上返速度大于岩屑沉降速 度时，泥浆可将岩屑带出，即在一定的上返速度下，泥浆有 携带岩屑的作用。3 、平衡地层压力：泥浆的液柱压力必

3、须与地层压力相平 衡才能达到防止井喷或者泥浆大量漏进地层的目的。可通过 调整泥浆的密度控制泥浆的液柱压力，使它与地层压力相平 衡，起到防涌堵漏的作用。4 、冷却润滑钻头：泥浆可将钻井过程中钻具（钻头与钻 柱）与地层摩擦产生的热量带至地面，起冷却作用。同时， 泥浆能有效地降低钻具与地层的摩擦，起润滑作用。5 、稳定井壁：可在泥浆中加入适量的处理剂，使泥浆具 有抑制页岩膨胀或分散的能力，同时产生薄而韧的滤饼，起 到稳定井壁的作用。6 、悬浮岩屑和密度调整材料：当停止循环时，泥浆处于 停止状态，其中的膨润土颗粒可互相联结，形成结构，将岩 屑悬浮起来。若泥浆中加有密度调整材料（如重晶石） ，则 在停止

4、循环时，泥浆也可将它悬浮起来。泥浆悬浮岩粉和密 度调整材料的能力可使泥浆停止循环后易于启动。7 、获取地层信息：通过泥浆带出的岩屑，可以获取地层 许多信息。如地层物性、油、气显示等。8 、传递功率：泥浆可将泥浆泵的功率经钻柱从钻头水眼高速喷射传到井底，提高钻头的破岩能力，加快钻进速度。二、泥浆的主要技术参数：1 、粘度：指流动时内部各层间摩擦阻力大小的反映特性。 常用漏斗粘度计和六速旋转粘度计测定。A、漏斗粘度计：在标准漏斗中加入 700ml流体，让其漏出500ml所用的时间 即为漏斗粘度，单位秒，水为15秒。2、滤失量和泥饼厚度：滤失量：泥浆中的自由水在压差作用下会向具有孔隙的地层渗透，造成

5、失水，也叫做失水 量的大小，形容泥浆的好坏。现场常用的气压式失水仪，压2力7kg/ cm，温度为常温，30分钟失水13-18ml为正常。泥浆失水量大，失水滤液对孔壁、岩层有渗透、溶蚀等 作用，易引起孔壁的缩径膨胀、滑落、坍塌等事故。因此一 般失水量要求控制在 10-25ml/30分钟，超过此值，应更换 泥浆。泥饼厚度：泥浆中的粘土颗粒在失水过程中积累起来的滤饼、泥饼薄而致密，对钻井有利；泥饼厚而疏松会引起泥包钻头等井下事故。一般要求泥饼厚度小于1mm3、比重：泥浆重量与同体积水重量之比。测量一般使用杠杆比重秤，正常低固相泥浆比重在103-105之间，不同地层配制的泥浆比重也不一样。4、 含砂量

6、：200目筛孔的砂子重量与泥浆体积的百分数。泥 浆含砂量多时，对设备、钻头、钻具、泥浆泵的磨损很大，并易造成沉积岩粉和卡钻等问题。对于高固相泥浆含砂量小于4%,对于低固相泥浆含沙量小于1 % .超过规定值时应用除砂设备（除砂机或振动筛）对泥浆进行净化。5、PH值：指泥浆的酸碱度，易测易调，常被忽视。其PH值对泥浆的影响很大，如粘土的分散于稳定、处理剂的溶解及 粘度、钻具腐蚀、钙处理泥浆的抑制，莫不与PH值有关。泥浆PH值一般都大于7,即在碱性环境中工作。三、泥浆的配制1、原料： 粘土：又叫膨润土。主要成分为铝硅酸盐。要求其造浆率每吨大于 15m3 水：一般就地取水。如江、河、 湖、溪或水井等处

7、的清水均可用于配制泥浆。但遇到硬度或 浑浊度太高的水，应进行预处理后方可使用。纯碱：工业纯碱或食用级纯碱即可。如对所配制的泥浆比重无特殊要求，可按1m3加土 50kg，碱按土的5%计标（钙基粘土要加 纯碱，钠土则不需加碱）先加碱后加土搅拌 30分钟后等用。2、泥浆处理剂的分类和使用（1）分类可分为三大类：无机处理剂：指分子量较小，分子结构比较简单的化合物。如纯碱、烧碱、石灰、氯化钙、食盐、水玻璃等。有机处理剂：（分子量较大，分子结构比较复杂）具体分为 a、降失水剂：如磺化酚醛树（SMP, 中低粘度羧甲基纤维素钠盐、水解聚丙烯啨胺盐、聚合腐植 酚等。b、稀释剂（降粘剂）：如木质素磺酸盐、磺化褐煤

8、等。c、絮凝剂：如聚丙烯酰胺。 d、增粘剂：如植物胶、高效羧 甲基纤维素钠等。e、抑制泥、页岩水化膨胀剂：如低荧光 特效防塌护壁剂、广谱护壁剂、腐植酸钾等。f、减摩润滑防卡减卡剂：如特效润滑剂、防钻头泥包剂等。、表面活性剂：（能够显著降低水的表面张力物质）如烷基磺酸钠、磺化沥青，其作用为：提高泥浆的热稳定性，降 低泥饼的摩擦系数，防塌防腐，提高钻速等。（2）使用方法：各种产品依照说明书提供的加量在配好的泥浆中按重量比加入选择好的泥浆处理剂，然后在搅拌机 内搅拌半小时即可使用。3、钻井复杂地层时，泥浆的调整和处理剂的选择及使用方法（特注：每个厂家生产的产品成份含量不一样，所以在使用中要注意好规格

9、和使用方法）。开孔后采用低固相泥浆，根据地层的情况不同分为：（一）当钻进松散、破碎、无胶结岩层：应使用粘度大、失水量小、泥皮致密、静切力和泥浆比重合 适的泥浆，这样对松散地层有一定的胶结作用，有利于稳定 孔壁。可选用植物胶、广谱护壁剂、好的羧甲基纤维素、聚 丙烯酰胺、防塌护壁剂。（二）当钻进漏失层时：遇有井口不返水渗透性或裂缝性漏失，可选用随钻堵漏剂， 同时应尽量减小泥浆的比重。方法是在泥浆中加清水或絮凝 剂聚丙烯酰胺，以去除岩屑达到降低比重的目的。堵漏剂的 加量视漏水的大小而定、（三）当钻进涌水时：应适当增大泥浆的比重。方法是在泥浆中加入一定数量的加 重剂（如重晶石粉等）、植物胶、聚丙烯酰胺

10、。（四）当井壁垮塌或沉沙过多，造成起钻遇卡、下钻下不到 底；应加入增粘剂以便将孔底沉淀物携带出来，可选用植物 胶，高粘羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、高粘防塌剂等、磺 化沥青。（五）遇有水敏性泥页岩地层和中壁膨胀宿经时，应使用聚 丙烯酰胺、广谱护壁剂、特效剂、润滑剂（六）当钻进易振塌及吸水膨胀地层，易产生泥包钻头事 故：应选用低荧光特效防塌护臂降失水壁聚丙烯酰胺钾盐、 广谱护壁剂、磺化沥青等。（七）当钻井泥质地层时：由于泥土参与造浆，会造成泥浆固相越来越高，转速越来越 慢，此时应选用降粘剂磺化褐煤或采用清水加聚丙烯酰胺配 成无固相冲洗液。（八）当钻进坚硬地层花岗岩、玄武岩等：应选用特效润滑 剂、植

11、物胶等。（九）当遇有含盐量太高的地层时：由于含盐太高对泥浆的 稳定性和化学处理剂的溶解性有影响，可选用聚丙烯酰胺盐、羧甲基纤维素钠、铁洛木质素磺酸盐、磺化沥青等。（十）当使用水泥护壁时，为使混凝土在较短时间内达到规 定的强度应使用速凝早强剂。4、泥浆的净化与管理：在施工条件允许的情况下，泥浆槽 应不低于 18 米，中间应有 2 个沉淀坑及挡板。泥浆的含砂 量大于 4应采取除砂措施。为了清除泥浆中的固相颗粒，泥浆中的固相颗粒处理系 统已经得到了加强和改进。泥浆中的固相颗粒像钻屑岩粉 等，使泥浆的流动性变坏，不但破坏了泥浆性能的稳定而且 增大了循环系统的摩擦力，使设备过早磨损。清除泥浆中的 固体含

12、量主要方法是加强振动筛的振动频率，采用增加筛网 的目数和双层筛网，提高除砂器、除泥砂的除砂效率。钻探泥浆的配制、使用管理，是一项细致的工作，必须 有耐心，不怕苦、不怕脏、认真负责，精心把握泥浆变化的 全过程。同时要三班做到一致，密切合作，才能保持泥浆性 能的稳定和良好的效果。正常地层对泥浆的要求是：泵压低（粘度低）携砂能力 强（动切力高） 、启动泵压低（静切力低） 、润滑性能好、摩 擦力低、磨损小（固体颗粒少） 。煤田勘探深孔实施技术在煤田地质勘探中，孔深超过 800 米的孔就叫深孔。随着 煤炭资源需求量的不断增大、浅部资源日益枯竭，这就要求 我们增大对煤层煤炭资源勘察的力度。深孔施工作业最根

13、本 的技术措施就是提高纯钻进的时间，增加钻头进尺，使用好 的泥浆(钻井液) ，加强孔壁维护，增强孔壁的稳定性，缩 短施工周期，提高钻进效率，实现安全、优质、高效的钻探 目的。1 、深孔钻探施工技术设计：深孔钻探投入较大，地质期 望值较高，要保证整个钻孔达到设计目的，必须有一套完整 的施工技术方案，即按钻孔编制单孔施工组织设计 。设 计包括矿区地层条件和岩石的物理机构性质、设备与动力的 选择、钻探机具与钻进方法的选择、钻孔结构与技术套管设 计、冲洗液与钻进参数、质量与安全措施、效率与施工进度 设计、施工组织与管理。(1)钻塔与设备安装：不管是四角塔还是A子塔都必须塔腿无弯层、变形、不缺横梁或斜拉

14、、顶小梁坚固结实。地 梁木要单个整体无腐烂、变形、断裂。如用槽钢焊接的地梁 要求在钻塔的几个承重角和井口的井字架梁都用水泥浇铸 上50X 60X 50/米的墩子，以加大地梁承受重量的截面。并 用水平找好四个角一样，钻机稳装也要求用水平尺找好前 后、两边一样，要求上下井口三点一线。在钻进过程中机班 长也要经常检查架子和孔口是否偏斜。如偏斜大了要及时校 i正。(2) 基本钻井施工设备：以前老千米钻机的那一套设备满足不了深孔的钻探要求。现在普遍用的1600钻机有的已用上T1-IJ-2000 型钻机。这种钻探设备是立轴式液压给进 型式的器械，能前后移动，正反高低8个挡位。给进方式是钻铤加压的方式进行。

15、泥浆泵是采用卧式三缸变量泵，为了 有效地降低成本，再配上 45kw的电机进行电力供应。因为 在施工中器械排粉能力差就会导致孔内阻力变大，容易导致 水堵，影响机器的转速和钻进功能，所以我们就需要同时在 施工操作中配置对泥沙、泥浆的除砂器，这样就能维持较长 时间不用更换泥浆泵的易损件，就能更好地提高纯钻进的时间。钻塔采用四角架或 2F24A子型钻塔，就能够提高施工的 安全系数。经过多年的施工经验，一同使用钻机、钻塔和泥 浆泵就会增加总体工作性能的稳定性。安全性提高能有效的 满足煤田超深地质钻孔的施工要求。(3) 钻进机具的选择：钻杆的选择。50mmi占杆适用于800m左右的中浅层钻孔施工。自50年

16、代开始使用，它是到目前仍承担煤田地质勘探主要施工任务。在近些年里，虽 然在材质上有所提高，但该钻具仍然不能满足深孔施工的要求。从使用中发生的事故看，存在的主要问题是断、撸扣和池流。因此，50mm钻杆无法保证钻孔安全和钻进效率。目 前，用绳索取芯钻具已广泛适用于第三、四系层覆盖较浅的 地区，并取得很好的经济效益。但在覆盖层较厚和复杂性所 造成的一系列问题。例如要求配备双套钻具、套管事故、断 钻杆事故等，这些难以解决的问题。用60mm钻杆，从地层设计看，基岩以上覆盖占设计孔深一半以上，用60mm占杆具有较高的抗拉强度和较好的综合机械性能。60mm钻杆能较好的满足深孔钻探施工要求，施工中极少发生钻杆

17、事故。取芯工具。单管取芯器，当前煤田地质勘探常用的岩心管 规格为75mm89X、108X .在使用中，发现这种岩心 管材质相对较软，因为采芯过程相对来说是复杂的。在施工 中常常会发生弯曲变形，尤其是在岩心管上端变径接头的丝 扣位，常发生撸扣、断口，造成孔内事故。现在有的单位已 采用材质较好，综合机械较高的89mm石油钻杆作为单管取 芯器，施工中也没有造成因岩心管断口、撸扣等原因而发生 的孔内事故。双管取芯器：采用单动双管取芯器。加重钻具的选择。使用的钻铤有两种规格：68mm钻铤和89mm钻铤。在这当中68mm占占铤使用不少于 100m、89mmf占铤 1立根，为保证安全钻进，孔深超过1200米

18、后就要去掉89mm 钻铤。钻具组合。89X 100mm主动钻杆、50mm或60mm 钻杆、68mm占占铤、89mmf占铤、89mm岩心管+89 X 113 肋骨钻头。2、钻孔结构及钻进参数的设计钻孔结构。需要根据勘探区的具体地质条件来确定钻机的 结构设计。需要重视的是多级性的孔径在设计中需最大限度 的减少，大多数是采用直径为 lOOmrnB勺孔径。然而，特殊孔 还有水文孔的设计，一般不采用这种孔径。钻进的技术参数。通常为钻铤的重量加压钻进，但也不是 一成不变的。如三季层和四季层较厚，可采用低转速大中等 泵量。遇发育、破碎带可采用低转速、低泵量，以防泵量过 大冲塌孔壁。3、钻孔安全措施开孔钻进时，要轻压、慢转，保持着三点一线。立轴水接 头吊直、高压管加牵引导向扶正。在进行下套管前钻进时或正常钻进时，一定要灌孔，保持 孔内泥浆压力和孔壁平衡，以防上部孔壁垮塌或掉块。起、下钻前，检查设备设施，保证性能良好可靠。起钻要 扌鲁钻杆，检查丝扣、钻杆、螺丝头、卡断器、岩心管钻头是 否合格。 下钻时丝扣抹油，上扣后缓缓下钻具，禁止下钻时钻机的 双闸把抬起，以防墩钻、跑钻。孔深合理使用水冷却刹车装 置。 下钻，钻具离孔底 1米