现场泥浆使用与配置.docx
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现场泥浆使用与配置
现场泥浆使用
1.常用泥浆类型
1.1.不分散体系不分散体系包括开钻泥浆，钻孔自然造浆和其他经过稍加处理的体系，该体系不添加任何降粘剂和分散剂来分散粘土颗粒，通常用于开孔和浅孔作业。
1.2.分散体系分为细分散和粗分散
细分散：
粘土高度分散，粘土加NaCO3,使Ca粘土变为Na粘土。
粗分散：
指粘土颗粒在泥浆中高度分散，加入适当处理剂使泥浆适度絮凝。
这种泥浆我们使用的也只有钙处理泥浆，也就是石灰、石膏处理泥浆。
1.3.聚合物体系泥浆通常用高分子聚合物的絮凝作用封装钻屑、防止钻屑分散，以及覆在页岩上抑制页岩膨胀，还有增加流体粘度并减少流体滤失率。
常用聚合物包括：
PAM、PAN、PVA、CMC和天然植物胶产品。
聚合物体系泥浆包括低固相泥浆、无固相泥浆。
低固相泥浆
低固体的固体总含量不能超出6％～10％（体积含量）的范围，粘土固体含量应控制在3％以下，钻屑和膨润土的比率低于2比1，典型的低固体系是采用聚合物添加剂作为增稠剂或膨润土增量剂，属不分散体系。
固相含量％=（所测比重-1）*2*100％
无固相泥浆
无固相泥浆是指泥浆中不含粘土颗粒。
是以高分子聚合物为基础配制而成的水溶液，其主要成份为水、高分子聚合物及天然植物胶和少量无机盐组成。
这种泥浆也叫做第五代泥浆。
目前用作无固相泥浆的水溶性高分子聚合物主要哟普两种，即水解聚丙烯酰胺（PHP）及聚乙烯醇（PVA）。
聚乙烯醇的各项性能均优于聚丙烯酰胺，但价格昂贵。
2.常用泥浆的配制
2.1钙处理泥浆
1立方泥浆：
石灰为泥浆体积的0.3～～0.5％栲胶碱液0.5～1％烧碱浓度20％，调节PH值11左右
石膏体系的pH值范围通常在9～10.5之间，使用浓度为5.7～11.4克/升（即钙离子浓度为600～1100毫克/升）。
石灰体系分两种典型类型：
一是低浓度石灰体系为2.8～5.8克/升，pH值范围通常在11～12之间。
一种是高浓度石灰体系，石灰的使用浓度为14.3～42.8之间。
说明：
单纯在泥浆中加入生石灰不叫钙处理泥浆，而叫石灰乳泥浆。
钙处理泥浆是在淡水泥浆中或钠基泥浆中加入絮凝剂如石灰、石膏、氯化钙等，并用稀释剂和降失水剂等调整泥浆的性能，形成适度絮凝而稳定的粗分散体系的泥浆。
絮凝剂的主要作用是提供钙离子，因此不论哪种絮凝剂加入泥浆后都能和粘土吸附的钠离子进行交换，减弱粘土的水化能力，使水化膜变薄，因而使泥浆形成适度的絮凝状态。
在稀释剂和降失水剂的配合下，就可以使泥浆性能稳定，并使泥浆具有良好的流动性。
其优点在于：
①具有较好的稳定性和抗粘土浸、钙浸、盐浸的能力；②能够抑制泥页岩水化膨胀，失水量小、泥皮薄，有利于加固孔壁；③能保持低粘度，小切力，使泥浆具有较好的流动性，有利于提高钻进速度。
我队在煤田施工二叠纪时，遇一套黑色页岩、炭质泥岩、杂色砂岩及煤层的综合层段，厚度在一百米左右。
由于受构造应力、倾角、层理等因素的影响，加之断层较多，所以岩石十分破碎，极易引起大段剥落和坍塌。
有的是先浸泡而后坍塌；有的是一开始钻进就坍塌，塌至一定限度后又恢复正常，有的是在钻进中突然坍塌。
过去从提高泥浆比重上想办法、打主意，但收效甚微。
后来总结了经验，采用了钙处理泥浆—石膏基泥浆，才防止了坍塌，保证了孔内安全
我队在新安铝土矿区进行施工时，为了克服厚覆盖层膨胀、缩径、遇水坍塌等问题，应用钙化泥浆，主要是采用石灰锯末泥浆钻进。
由于石灰中含有钙离子，所以能使泥浆具有絮凝剂的作用。
一方面，抑制造浆，使泥浆保持在絮凝的粗分散体系的性能；第二、可使泥浆保持粘度低、切力小、流动性好。
具体作法是：
钻进时每立方米泥浆中加入5～15公斤石灰和适量锯末，循环均匀后即可进行钻进。
穿过冲积层进入基岩后，再利用其他处理剂使泥浆恢复应有性能，直到适合地层需要为止
2.1低固相泥浆
PAM的使用方法：
配制泥浆时要了解原料的参数，PAM分子量最好在300万以上。
如果原料不是水解聚丙烯酰胺，在使用时要先进行水解处理，具体处理方法是：
1kg干PAM加入170烧碱（NaOH）,加水100kg，提前三到四天搅匀，即得到1％浓度的PHP水解溶液，如果现场容器小，可少加水，但对水解的浓度要有数。
PAM常见的加量单位是PPm.1PPm=百万分之一是浓度单位
加水量计算：
加水量=1000000*药品含量（％）/浓度
1％浓度的PAM溶液，每升溶液中PAM含量为100PPm,即PAM固相含量为10g/升，若每立方米泥浆中PAM加量为100PPm时，用量为一升溶液即可。
配制1立方PAM溶液，所需PAM的重量可按下式计算。
W=A/B*1000
W－所需PAM的重量
A－需配PAM的浓度
B－PAM胶状或粉状的固相含量％
2.1.1.低固相PHP泥浆
配方：
原浆=1立方清水+膨润土2～4％+纯碱1～3kg
配成的原浆+浓度1％PHP100～150PPm+HPAN或等量CMC0.1～0.3％+KHm0.2～0.5％
2.1.2.“双聚”泥浆
所谓“双聚”是指泥浆主要有PHP和HPAN为泥浆性能调节剂，属阴离子体系，是典型的不分散低固相泥浆。
其配制基础仍然是以粘土为基浆。
主要用于煤系地层钻探施工。
配制比例：
粘土：
水：
纯碱：
HPAN:
PHP
=1:
20：
0.06：
0.1：
0.1（重量比）
即配制1立方泥浆的具体数量为：
粘土50kg,水1000kg,纯碱3kg,HPAN5kg,PHP5kg
我队滑县王三寨煤预查矿区钻探使用“双聚”泥浆配方
ZK0081孔深1420米，ZK0041孔深1330米
泥浆配方
以每立方米泥浆为例：
25KG土粉＋1kg纯碱＋0.5％聚丙烯酰胺溶液（重量比）＋0.3％聚丙烯晴溶液（重量比）＋0.1％腐植酸钾溶液（重量比）＋0.6％护壁堵漏剂溶液（重量比），用以堵漏的棉籽壳用纯碱浸泡。
2.2.2无固相泥浆
取消粘土用量，适当增大PHP、HPAN的用量
1立方泥浆中处理剂用量
配方一：
植物胶2kgPHP1kgCMC1kgkp共聚物2kg高效润滑剂3～5kg
配方二：
植物胶3kgPHP0.5kgCMC0.5kgkp共聚2kg高效润滑剂5kg
配方三：
PHP1kgHPAN2～4kgKHm5kgCMC1kg高效润滑剂5kg
配方四：
PHP1kgPVA2～4kgKp共聚物5kg高效润滑5kg（聚乙烯醇使用时需加热至90度）
绳索钻进对泥浆性能指标要求：
粘度19～22s密度1.03～1.05g/cm3滤失量15ml/30min
PH值9～10泥皮厚度0.5～0.8mm
泥浆密度与固体含量对照表
密度
1.04
1.06
1.08
1.10
1.12
1.14
1.16
固体含量％
7
11
14
17
20
23
26
现场护壁堵漏工作
1.石灰乳锯末泥浆堵漏
锯末泥浆混合液：
制备锯末混合液的泥浆，要求稳定性好，胶体率不小于95%，比重为1.15～1.2之间，粘度为30秒～40秒。
锯末的浓度以每立方米泥浆加入干燥的锯末重量计算。
钻孔堵漏根据漏失程度,加入不同的锯末浓度。
一立方米泥浆可加入30公斤，50公斤，120公斤，150公斤等，其最大加入浓度，以水泵灌入时能吸动为准。
如果从孔口灌入，浓度就不受限制了。
灌入后最好静止一段时间。
让石灰乳及惰性材料在裂隙段膨胀。
2.棉籽壳堵漏，用以堵漏的棉籽壳用纯碱浸泡
3.其他惰性材料堵漏
一般采用就地取材的原则。
堵漏剂的堵漏能力一般取决于它的种类、尺寸和加量。
根据计算和实验得出，可靠地堵塞漏失通道的惰性充填材料的最大尺寸应等于裂缝张开量的1/2，而且不同大小的填充材料应按照一定的比例配合，才能得到最佳效果。
粗颗粒在裂缝中造成堵塞骨架，而细小颗粒则充填其中，可减少渗透性和提高稳定性。
4.胶体泥浆堵漏
1立方基浆=浓度2.5％PHP700～800PPm+等量CMC泵入
5.黄泥球
最好用粘性好的粘土和水搅拌，同时可加入一些锯末或其他纤维物质，做成长15～20cm,￠30～40毫米左右直径的圆柱状，在PAM溶液中沾一下即可投入孔内。
投至预期高度后，下钻具压实，扫开即可。
向孔内投入黄泥球，水泥球及沥青球等可塑性物质，在钻杆下面接上一个岩心管接头，把投入孔内的泥球通过串动钻具，加压挤入孔壁裂缝内，把裂缝或通道堵死，而达到堵漏目的。
要使这种方法取得预期的堵漏效果，必须：
第一，要能够把泥球送到孔内裂缝附近。
如果孔内没有水位，从井口投入是比较容易的；如孔内有水位，同时深度又较大，就要把泥球装在岩心管内，送到孔底后，用水压法把泥球压出。
第二，裂缝大小，因为过小的裂缝如节理等，泥球不能进入，钻具转动及冲洗液冲刷，都有可能把泥球冲走，而没有效果
6.水泥浆固井
水泵灌注法是如何实施的？
（1）扫孔及泵送水泥浆
为防水泥浆被稀释，扫孔钻具一定要扫到孔底（或人工孔底），这样钻具底部返出的水泥浆，除上部与水接触的1～2m的水泥浆被水稀释外，可保证大部分水泥浆不被水所稀释，而又能做到水泥浆柱浸泡在水中进行凝固。
为此，必须在灌注过程中进行粗略的计算，了解水泥浆已进到钻杆的具体位置。
粗略计算的方法是每包水泥（50公斤）按0.4水灰比计算，约可配成比重2.0g/cm
的水泥浆35升（未包括地表损耗量，约5～10%）；直径50毫米钻杆内容积为1.2升/米（Ф42钻杆为0.8升/米），地面管线（包括吸水管、排水管、泵、机上钻杆等）容积一般为65～80升。
例如一次泵送10包水泥共得350升（未计损耗），当水泥浆全部抽完后进入钻杆内的长度：
（350-65）/1.2=240米。
若灌注孔深为260米，则水泥浆前锋离孔底还差20米，如果此时把整个钻具提离孔底，则水泥会被孔内水所稀释。
（2）压水工序
压水量根据以上方法计算，为孔内静水位到孔底之间的钻杆内腔的容积，并加上地面管线容积的量。
如上例中，灌注孔深260米，静水位离孔口220米，则静水位离孔底是40米。
压水量=（40×1.2）+65=113升。
如上述灌送10包水泥的浆液，压入水后其前锋已返出钻杆外（如水泥少于10包时，水泥浆可能仍未到达孔底），然后拆开钻机上钻杆，靠钻杆内外液柱压力差，使水泥浆继续沿钻杆内下落，并从钻头底部返出钻杆外，直至钻杆内压力平衡为止。
由于外环状空间容积比钻杆容积大。
因此，在钻杆外上返高度较低。
在水位很低的条件下，如压水量过多，则在卸开机上钻杆后，由于钻杆内外压力差，压入水也可能下至孔底，使水泥浆受到稀释。
当孔内静水位高时（如离孔口30米）压力的情况。
计算方法与上同。
压水量接近于钻具内的容积加上地面管线容积，可以保证水不压出钻具底部，这时钻杆外的水泥浆高度比钻具的水泥浆高度会大一些。
当提钻时，会向钻杆内回流或填补孔底空间，水泥浆不会被稀释。
相反，如此时压入水量过小，则提升钻具时，可能有一部分水泥浆被稀释。
具体的操作是压水完后才提升钻具，如压水量较多时，就不必另开泵冲洗钻杆了；如压水量少，需另开泵冲洗钻杆时，必须估计钻具下端已提离水泥面10～15米后才能冲洗，否则洗钻杆的水也可能把一部分水泥浆稀释。
常用的水泥固井配方：
用氯化钠+三乙醇胺复合速凝早强剂
氯化钠+三乙醇胺复合速凝早强剂的作用原理是：
其中的氯化钠主要起速凝作用（原理与氯化钙相近，但较弱）；其中的三乙醇胺主要起早强作用。
因为三乙醇胺是表面活性剂，吸附在水泥颗粒表面，降低了其表面张力，加速了水泥的润湿水化分散，加快了水泥的水化反应，此外，三乙醇胺分子量小，在水泥颗粒表面形成薄的亲水膜，促使水泥分散，使单位体积中的颗粒数增加，故起速凝早强作用。
水泥使用500号以上
配方：
NaCL0.5％～1％+三乙醇胺0.05％
一代水泥+食盐500g+三乙醇胺25g
操作方法：
先将食盐和三乙醇胺溶按比例于
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