泥浆工艺技术

1、东风顶金矿区复杂地层钻探综合治理工程泥浆及堵漏工艺技术中国地质科学院探矿工艺研讨所.1、概略 东风顶矿区的岩层主要是破碎、蚀变的蜕变砂岩、泥岩，在钻进过程中，孔壁垮塌、掉块景象非常突出；同时，岩石胶结性差，有的甚至无胶结性，岩石经水浸后很易散落，给取心任务带来极大困难；另外，岩屑中含砂量高，水泵磨损严重，缺点频繁，添加了辅助时间，不利于提高钻探效率。 2、泥浆方案选择原那么 首先必需保证泥浆具有护壁防塌才干。在此前提下，兼顾其他性能，如护心、带砂除砂等。 一、泥浆方案选择原那么.根据矿区地层条件，制定泥浆方案如下： 1尽量减少泥浆中的固相含量或不含固相，选择优质搬土配制基浆，提高泥浆的造浆率。

2、 2控制泥浆失水量在小于15mm范围内，泥浆具有良好的造壁性，泥皮薄且致密，以提高防塌护壁才干。 3泥浆具有良好的触变性，带砂、除砂性能好。 4运用键力较好的长链型高分子聚合物配浆，以维护矿心，提高采取率。一、泥浆方案选择原那么.1、开孔泥浆 运用普通黄土稠泥浆钻进，适当加一些氯化钙，抑制覆盖层土质水化膨胀。2、岩层泥浆 使器具有防塌等综合性能的优质泥浆钻进。设计的泥浆有三种类型： KHm-PHP低固相泥浆：基浆+KHm+CMC+PHP SM-1石棉纤维低固相或无固相泥浆：基浆+SM-1石棉纤维+ CMC+PHP SM植物胶无固相泥浆：SM植物胶+ CMC+PHP3、矿层泥浆 使器具有防塌等综

3、合性能和维护矿心才干的泥浆钻进，即SM植物胶无固相泥浆。二、泥浆设计方案.1、配方配方1：KHm-PHP低固相泥浆水1000ml+粘土3%+Na2CO35%+ KHm1.52%+ CMC1+ PHP200ppm配方2：SM-1石棉纤维泥浆低固相泥浆：水1000ml+粘土2%+Na2CO35%+SM-1 0.51%+ Al2SO4 31%+NaOH0.5% +CMC1+PHP50100ppm无固相泥浆： SM-1 0.81%+Al2SO430.8%+NaOH0.5% +CMC1.5+PHP50100ppm配方3：SM植物胶无固相泥浆 SM1.52%+CMC1+PHP100ppm三、泥浆性能实验.

4、2、泥浆性能实验三、泥浆性能实验.3、防塌才干实验 取矿区地层最为破碎，胶结才干极差的岩样做成22的样品，烘干后，分别放入上述三种配方泥浆中，静置并察看其坍塌时间，其结果如表所示。 三、泥浆性能实验 三种泥浆防塌效果都很好，尤其是SM植物胶泥浆效果更为显著，同时也阐明它能起到很好的护心作用。.1、KHm-PHP低固相泥浆 KHm-PHP低固相泥浆具有良好的防塌、降失水和稀释作用，详细的作用机理： 1提供K+的防塌作用 KHm-PHP中含部分游离K+，而羧甲基-cook和酚甲基-ok在水中电离后电可以提供部分K+，据双电层实际，当K+浓度大时，进入粘土颗粒外表的吸附时机添加，电动电位降低，双电层

5、紧缩，孔壁上整个粘土颗粒周围的水化膜变薄，降低了水化膨胀，起到了抑制坍塌的作用。 2降失水作用 由于KHm是高分子化合物，分子具有大外表和官能团，它的吸附力强，能吸附在粘土颗粒外表，构成吸附水化层，从而提高粘土颗粒的电动电位，增大其机械阻力和静电斥力，提高其聚结稳定性，使粘土颗粒坚持细分散形状，构成薄而致密的泥皮，结果泥浆失水量大大降低。 四、泥浆作用机理 .3稀释作用 腐植酸的分子具有较低的分子量和较小的液相增粘效果，其构造中还含有一定数量的邻位双酚羟基，能在粘土颗粒边处进展整合吸附，加强粘土颗粒边角水化膜厚度，从而阻止粘土颗粒边角处的联接和网状构造的构成。 另外，该浆中PHP分子链上有很多

6、吸附基，它们与孔壁外表构成多点吸附，在孔壁上构成有长链分子结合的吸附壁，加强了孔壁岩层的塑性强度，防止泥浆继续渗入；同时，在含有PHP的泥浆向孔壁渗入时，大量的吸附基也随着进入孔壁岩层中，在孔内液柱压力下，使PHP线性构造分子沿缝及泥砂粒之间渗入，在松散颗粒之间构成屏蔽网；加之PHP的亲水基能拉住一些水分子，构成一层维护膜，防止岩石颗粒裸露和水继续向孔壁浸透，从而起到维护孔壁作用，此外，它还具有提粘、减阻和光滑作用。四、泥浆作用机理 .2、SM-1石棉纤维泥浆 SM-1石棉纤维泥浆具有良好的提粘，降失水、防塌和带砂性能，同时还具有堵漏作用。 SM-1石棉纤维是一种含有少量硅质的泥浆处置剂，当其

7、与水混合后，即构成一种典型的恢交构造较快的弱凝胶。由纤维构成的凝胶可构成具有强度的网状构造，在钻进过程中，这种网状构培育象整个薄而光滑的圆筒支撑在孔壁上，起到了很好的护壁作用。 SM-l石棉纤维构成的网状构造具有良好的触变性，从而决议了它具有很好的悬浮和携带岩粉才干。 另外，SM-1石棉纤维还具有堵漏作用。它可以在裂隙外表交错成网状架桥，具有微膨胀性的细纤维依其特有的光滑性随意流进裂隙，紧紧地支撑在裂隙通道里，堵塞裂隙通道，起到堵漏作用。四、泥浆作用机理 .3、SM植物胶泥浆 1降失水及防塌作用 SM植物胶是一种高分子多糖聚合物，分子量为几万至上百万，多为支链状构造。在水溶解后，呈现较伸展的无

8、规那么线团状分子构象。其分子链上的极性基团具有较强的吸附作用。吸附粘塑性胶体颗粒或细粉砂颗粒，在岩心外表或孔壁上覆盖一层较薄的密实的网状吸附膜。这层膜具有隔水效果，它能阻止泥浆中的自在水分子继续向岩心内部或孔壁深处浸透，防止粘土水化或砂液化，起到降失水和维护岩心作用。随着SM植物胶加量增大，泥浆粘度越高，吸附膜越薄，隔水效果越好。 同时，SM植物胶分子链间的桥联作用使分子链间有了一定的引力，即内聚力。这种内聚力使分子之间下易分开，表现出粘弹性，隔水性和很高的外表强力，使得吸附在岩石上的分子链间紧紧地衔接，起到一种机械加固作用，即防塌作用。 四、泥浆作用机理 .2SM植物胶还具有粘弹性减振效应

9、SM植物胶中的高分子链具有锯齿状构造且有内旋转性，在普通情况下呈卷曲的无规那么线团状。在外力作用下，分子链被拉长，变为不稳定的伸展形状，外力除去后，经过链段的运动又恢复到原来的卷曲状，表现出弹性。在钻进中，转动的钻杆对SM植物胶施加了外力，使分子链产生形变，当钻杆偏离孔心时，由于运动是在极短时间内发生的，因此，分子没有足够的时间进展大范围调整，就产生了部分变形，即分子间间隔改动，分子链接长。这种改动需求相当高的能量，当这些能量被储存以后，可以阻止钻杆的径向摆动。当钻杆回到孔心后，分子除去外力，能量释放，恢复原状，表现出减振效果。因此，在钻进过程中，粘弹性聚合物浆液的粘度越大，钻杆转速越快，振动

10、越小。对于松散破碎岩心来说，减少钻具振动，即意味着减少钻具对岩心的机械破坏，不仅起到维护岩心的作用作用，而且有利于提高采心率和取心质量，同时也提高了钻头寿命，减轻了钻杆与孔壁的摩擦。四、泥浆作用机理 . 1、严厉按要求配制泥浆，配好的泥浆应防止水及废物的污染。 2、现配现用的泥浆，必需充分搅拌，只需当处置剂充分分散均匀井搅开后方能运用。 3、坚持每大班测一次泥浆性能，并根据岩层变化及时调整配方，特别是进入矿层后，必需严厉控制泥浆的各项目的。 4、循环系统长度不应短于15m，并应挖容量较大的沉淀池，以利于浆液净化。五、泥浆运用本卷须知. ZK164孔在090米段，岩石为破碎、蚀变的泥岩、砂岩，胶

11、结性较差，孔壁极易垮塌，岩屑中含砂量高，钻具经常下不究竟，水泵机械磨损严重，缺点频繁，运用SM-1石棉纤维低固相泥浆，配合跟管钻具钻进，顺利经过该孔段，泥浆带砂、除砂效果很好，保证了孔底干静，水泵事故明显减少。90米以后孔段，属于断裂破碎带，即矿层孔段。换泥浆，采用SM植物胶无固相泥浆钻进，极其有效地抑制了孔壁坍塌掉块景象。95米处，主矿层出现，岩石很破碎，松散、无胶结力。SM植物胶泥浆起到很好的护心作用，察看每次回次取上的矿心，SM植物胶都紧紧地裹在矿心周围，坚持香肠状或园柱状，其采取率每回次根本坚持在100。同时，SM植物胶泥浆的光滑性能相当好，不仅可以开高转速，而且水泵再末出现缺点，节省

12、了大量的辅钻时间，提高了钻进效率。运用SM植物胶泥浆的后，最高时效达3米小时，由于SM植物胶无固相泥浆性能优越倍受工人们的青睐。六、泥浆运用实例. 据以往施工的资料阐明，该矿区钻孔漏失的特点主要表现为长孔段，多层位裂隙性漏失。漏失量的大小程度不一，既有小裂隙渗漏，也有溶洞型特大漏失，其中以渗漏和中漏最为突出。 因此，在选择堵漏措施及堵漏资料时，应从“高效、低耗原那么出发，选用堵漏资料本钱低、方法简单，堵漏周期短、见效快的堵漏工艺，尽量防止因堵漏次数多、堵漏周期长等呵斥的延误工期、添加钻探本钱等多方面的不利局面。 七、堵漏工艺 .1、堵漏方案确定 (1)普通性漏失(包括小漏、中漏) 采用DTR高

13、失水堵漏剂(下称DTR堵剂)随钻或停钻堵漏。 (2)严重漏失 采用DTR堵漏剂，冻胶泥浆和水泥浆液堵漏。特大漏失以水泥浆液堵漏为主，必要时，采用套管隔离漏失层。 除DTR堵漏工艺外，冻胶泥浆和水泥堵漏属常规方法，因此本工艺只论述DTR堵漏工艺。七、堵漏工艺 .2、DTR堵漏浆液1DTR堵漏浆液的性能 根据钻孔漏失性质及漏失速度大小，确定两个堵漏浆液配方。 配方1：直接在清水中加DTR堵漏剂，掺加量为1015， 用于大漏地层。 配方2：在泥浆中参与DTR堵漏剂，各资料用量为： DTR堵漏剂10+水1000ml+粘土24+Na2CO35 用于小漏，中漏地层。七、堵漏工艺 .3、堵漏浆液的灌注量 D

14、TR浆液的灌注量由漏失程度的大小决议，计算公式为： V=KD2/4H 式中：VDTR浆液量，m3 K漏失系数，普通情况下， K=1.54， 小漏 K=1.52，中漏K=23，大漏K4 D钻孔直径，m； H钻孔深度，m。七、堵漏工艺 .4、灌注工艺 当钻孔漏失量不大，属渗漏、中漏时，普通采用随钻循环堵漏方法；当漏失严重，属大量漏失时，应配制DTR堵漏浆液专门注浆堵漏。 注浆堵漏的步骤为：先钻穿漏失层然后下钻至孔底，边搅拌堵剂边从钻杆内泵入堵漏浆液，同时渐渐提钻至孔口。继续泵入堵漏浆液，直至其被面稳定于孔口为止，再将自动钻杆与套管衔接，开泵蹩压15分钟，蹩压时应严厉控制压力，以免压裂地层。普通情况

15、下，孔深350米以上钻孔的蹩压值为1.52.0MPa，延续蹩压三次，每次间隔10分钟，再静置1小时左右，然后用稠泥浆顶上堵漏浆液即可恢复钻进。 当漏失很严重，一次堵漏不胜利时，可延续再堵，并同时加桥塞物，可加强堵漏效果 七、堵漏工艺 .5、堵漏工艺实验技术效果 堵漏工艺在6个钻孔中进展了研讨实验和推行实验，对矿区钻孔小漏、中漏和部分严重漏失，运用DTR堵漏剂随钻或停钻堵漏，获得了称心的技术经济效果。 1随钻循环堵漏治理小漏，中漏效果显著 ZK164孔在070米孔段微裂隙发育，泥浆渗漏严重，漏失量达2.02.5m3h，在SM-l石棉纤维泥浆中参与2的DTR堵漏剂，并添加石棉纤维含量至2，随钻循环

16、，消除了渗漏景象，孔深161米处出现一次全孔不返水漏失，漏失量达8 m3h，直接在SM植物胶泥浆中参与5的DTR堵漏剂及1的石棉纤维随钻循环，10分钟后，泥浆上返恢复正常循环。ZK10-1孔在孔深约50米处亦有类似上述情况，用DTR堵剂随钻堵漏也获得胜利。 七、堵漏工艺 .5、堵漏工艺实验技术效果2停钻堵漏工艺简便，平安可靠，胜利率高 当随钻循环堵漏无效时，应采用停钻堵漏方法。先配制DTR堵漏浆液，然后将其泵入孔内加压即可整个堵漏工艺非常简便，无需附加任何设备。 ZK164孔在孔深71米和96米处，分别出现全孔不返水，漏失量达910m3h，运用DTR堵漏浆液一次堵漏胜利，ZK10-6孔是一个反

17、复施工的偏斜孔，在孔深265米处，有漏失层，全孔不返水，漏失量达20 m3h。因钻孔漏失严重，孔内有垮塌观象。实验前，曾采用普通水泥、地勘水泥、冻胶泥浆等方法堵漏4次无效，耗时10余天。用DTR堵漏浆液，堵漏3小时，即恢复泥浆正常循环。 ZK10-1孔，在孔深150米处泥浆不上返，采用DTR堵漏剂停钻堵漏一次胜利。3堵漏周期很短，本钱低。每次堵漏只耗费时间1：302：30。耗费堵漏剂100-200公斤，本钱为90180元。 七、堵漏工艺 .四川省都汶高速公路勘察钻探工程泥浆工艺技术.一、概略 地层：破碎；含多层长孔段碳质泥岩，极易水化膨胀。 钻孔深度：430米 泥浆：钠质粘土+CMC+PHP二、问题 钻至预定孔深后，由于钻孔缩径，无法下入仪器进展地应力等参数丈量，无谓不停钻扫孔时间20余天，添加钻探本钱近30万元。四川省都汶高速公路勘察钻探工程泥浆工艺技术.三、处理方案 经现场实地察看岩心，发现问题出在泥浆配方上，主要是泥浆处置剂选择不当。此时，应重点选择具有抑制碳质泥岩水化膨胀的泥浆处置剂。 思索到既要抑制碳质泥岩水化膨胀，又要防止破碎孔段垮塌，选用了以磺化沥青为主的泥浆方案： 钠质粘土3%+粉状磺化沥青2%+CMC1四川省都汶高速公