淺談鑿井施工中泥漿的測定和配制及調(diào)整

陳愛明

0 引言

在鑿井施工中，泥漿作為鑿井的主要介質(zhì)，對工程質(zhì)量和進(jìn)度具有重要作用。泥漿是微小的粘土顆粒在水中的分散，并與水混合形成半膠體的懸浮溶液，它在鑿井施工中所起的作用是多方面的，如固壁作用、潤滑作用、冷卻作用、堵漏作用以及攜砂作用等。在多年的實踐過程中，由于泥漿的使用不當(dāng)，對工程質(zhì)量造成很大損失，如:井孔坍塌、埋鉆、卡鉆等事故。為此必須采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀苊馐鹿实陌l(fā)生。

1 泥漿性能指標(biāo)的測定

1.1 相對密度(比重)的測定

在一般破碎的涌水地層中鉆進(jìn)，泥漿相對密度可大些，可達(dá)1.2～1.4甚至更高;而在孔隙、裂隙等漏水地層鉆進(jìn)可小些，一般在1.1～1.2?，F(xiàn)場測定泥漿相對密度的工具為玻璃比重計和500 mL或1 000 mL的玻璃杯量筒。測定的方法是將攪拌均勻的泥漿注入玻璃杯量筒中，再將玻璃比重計放入量筒內(nèi)，比重計與泥漿液面相交的刻度值，即為泥漿密度值。

1.2 粘度的測定

在鉆進(jìn)砂卵石、粗砂、中砂地層時，泥漿粘度約為18 s～22 s;在鉆進(jìn)細(xì)砂、粉砂層時，泥漿粘度約為16 s～18 s。測定粘度野外常用標(biāo)準(zhǔn)粘度計。測量方法是用左手食指堵住漏斗管口，用量杯取700 mL清水注入漏斗內(nèi)，右手握秒表，放開左手食指的同時開動秒表，使清水流入量杯，當(dāng)注滿500 mL時，立即停秒表，并用食指堵住管口。此時秒表所指的時數(shù)應(yīng)為15 s，則儀器準(zhǔn)確，否則儀器不標(biāo)準(zhǔn)。使用不標(biāo)準(zhǔn)的儀器時，泥漿的粘度應(yīng)按下式換算求得:泥漿粘度s=15 s×500 mL泥漿流出的時間(s)/500 mL清水流出的時間(s)。測定粘度的方法與標(biāo)定儀器的方法相同。但對欲測的泥漿應(yīng)過篩，除去雜草及土塊，以防堵塞漏斗管口。

1.3 失水量的測定

一般在較穩(wěn)定地層鉆進(jìn)時，泥漿失水量不應(yīng)大于25 mL/30 min，泥皮厚度約為3 mm～4 mm。在松散易坍塌或遇水膨脹地層鉆進(jìn)，失水量應(yīng)小于10 mL/30 min～15 mL/30 min，泥皮厚度約為2 mm。野外常用濾紙法測定。測定時，用一張12 cm×12 cm的濾紙放在水平玻璃板或金屬板上，在濾紙的中央部分，先用鉛筆劃一直徑29 mm～30 mm的圓圈，然后將大約2 mL的泥漿滴入圓圈內(nèi)，記下時間，經(jīng)過30 min后，用刻度尺測量濕圓圈的直徑數(shù)，取其平均值，即為泥漿失水量。

2 泥漿的配制

農(nóng)用機井施工用泥漿，多數(shù)是粘土以小顆粒狀態(tài)分散在水中所形成的溶膠懸浮體。

配制泥漿用水，應(yīng)為淡水。配制泥漿用的粘土，應(yīng)為含砂量少、致密細(xì)膩、可塑性強、遇水易散、吸水膨脹。

2.1 泥漿的配制方法

配制泥漿，應(yīng)事先將所用粘土?xí)窀蓳v碎，用水把粘土浸泡1 h～2 h，若用人力反復(fù)攪拌，并根據(jù)情況加水，直至達(dá)到要求;用機器攪拌時，先將攪拌機內(nèi)倒入適量清水，開動攪拌機，再將曬干砸碎的粘土按需要量分次倒入攪拌機內(nèi)攪拌，達(dá)到要求指標(biāo)后，即放入泥漿池。

配制泥漿，加入粘土數(shù)量可用下式求得:P=γ1(γ-γ2)/(γ1-γ2)。其中，P為配制1 m3泥漿加入粘土數(shù)量，t;γ為所需泥漿的密度，g/cm3;γ1為粘土的密度，g/cm3;γ2為水的密度，g/cm3。

2.2 自然造漿

農(nóng)用機井在第四紀(jì)松散地層施工，一般多采用清水鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)中形成自然泥漿，這種泥漿可以攜帶巖屑，凈化孔底，并借助廠泥漿柱的壓力穩(wěn)定孔壁，防止坍塌。在利用自然泥漿時，應(yīng)及時掌握地層變化，必要時，應(yīng)調(diào)整泥漿指標(biāo)，以滿足鉆進(jìn)的需要。

3 實踐中泥漿的幾個主要性能調(diào)整方法

3.1 粘度和靜切力的調(diào)整

在鉆進(jìn)中因地層巖性條件不同，對泥漿粘度和靜切力要求不同。如在正常地層中鉆進(jìn)、粘度和靜切力應(yīng)保持在最低限度值;而在漏失地層中鉆進(jìn)，則應(yīng)提高粘度和靜切力。

3.1.1 降低泥漿粘度和靜切力

1)加入清水稀釋泥漿，可使泥漿中的粘土顆粒濃度降低，以達(dá)到降低粘度和靜切力的目的。但應(yīng)指出，加入清水后會增加泥漿的失水量。

2)加入稀泥漿來降低稠泥漿中的粘土顆粒濃度，以達(dá)到降低粘度和靜切力的目的。

3)用化學(xué)沉淀方法，清除高價的陽離子來降低泥漿粘度和靜切力。如加Na2CO3等電解質(zhì)，可將泥漿中的Ca2+，Mg2+等高價離子凝結(jié)沉淀，達(dá)到降低的目的。但應(yīng)控制Na2CO3的用量，否則會得到相反效果。

4)在泥漿中加入有機降粘劑，如煤堿劑、單寧堿劑、鐵鉻鹽等。

3.1.2 提高泥漿粘度的靜切力

1)增加泥漿中粘土的含量。2)新配制的泥漿中可加入適量的Na2CO3或NaOH來提高粘土顆粒的分散度。3)泥漿粘度和靜切力偏低是因為穩(wěn)定劑濃度過高而引起的，調(diào)整辦法是加入未經(jīng)處理的新泥漿，來降低穩(wěn)定劑濃度而達(dá)到提高的目的。4)加入野生植物膠等來提高泥漿粘度。5)在泥漿失水量不大的情況下，可加入適量的石灰乳、水泥漿、食鹽等來提高粘度和靜切力。

3.2 失水量的調(diào)整

根據(jù)對泥漿失水量分析，影響失水量的因素有泥漿中膠質(zhì)顆粒濃度，粘土顆粒水化程度及泥皮的性質(zhì)等因素。因此，要降低泥漿失水量就必須提高泥漿中膠質(zhì)顆粒濃度和粘土顆粒水化程度，以提高泥皮的致密性。解決的途徑是提高和改善粘土顆粒表面的親水性。

1)加入適量的Na2CO3或NaOH處理多鈣的粘土，以改變粘土顆粒表面的性質(zhì)，提高粘土水化分散程度，降低泥漿失水量，這是鉆探中最常用的方法。

2)加入有機質(zhì)及高分子降失水劑，降低泥漿失水量。常用的處理劑有煤堿劑、野生植物膠等。

3.3 泥漿比重的調(diào)整

在高壓含水層或易坍塌地層中鉆進(jìn)時，必須選用比重大的泥漿，以平衡地層的壓力，保證鉆進(jìn)安全。提高泥漿比重，可加入加重劑進(jìn)行處理，一般采用重晶石粉(BaSO4)。該粉比重為4.5，硬度較小，對水泵磨損性較小，是一種比較理想的加重劑。所需加重劑的用量，可按下式計算:

其中，P為配制1 m3泥漿加重劑數(shù)量，t;γ為加重劑的比重，g/cm3;γ1為加重前的泥漿比重，為粘土的密度，g/cm3;γ2為加重后的泥漿比重，g/cm3。

3.4 調(diào)節(jié)處理泥漿性能必須遵守的原則

1)調(diào)整泥漿某一性能指標(biāo)時，必須注意其他性能指標(biāo)的變化。

2)處理劑的配方和用量，必須根據(jù)地層和所用泥漿的具體條件通過試驗來確定，不可照搬外地經(jīng)驗和書本條文。

3)根據(jù)鉆進(jìn)地層巖性和所用泥漿的具體條件，選擇處理劑，所選的處理劑必須符合效果好、用量少、成本低、配制方便和易于掌握。

總之，在鑿井施工中，對泥漿的配制調(diào)整要十分重視，不可掉以輕心，要針對不同的地層結(jié)構(gòu)特點，采取不同的配制方法和不同的泥漿處理方法，從而達(dá)到高速優(yōu)質(zhì)鉆進(jìn)的目的。

[1]《水文地質(zhì)手冊》編寫組.水文地質(zhì)手冊[M］.北京:地質(zhì)出版社，1980.

[2]趙爾慧.農(nóng)用機井設(shè)計與管理[M］.北京:水利電力出版社，1987.