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在鉆探過程中,隨著孔內(nèi)情況的變化,泥漿的性能也會(huì)隨之產(chǎn)生變化,在泥漿性能無法適應(yīng)地層的巖性要求時(shí),為了避免出現(xiàn)孔內(nèi)事故,需要及時(shí)調(diào)整泥漿性能。為了可以更好的完成鉆探工作,要提高泥漿處理工作的重視度,保證鉆進(jìn)過程中,泥漿性能可以適應(yīng)各種地層,并盡可能降低外界因素破壞泥漿性能。在實(shí)際應(yīng)用的過程中,由于一些指標(biāo)存在概念模糊的情況,無法達(dá)到施工要求,因此,在鉆探施工中,充分了解泥漿的性能指標(biāo)要求,是調(diào)整泥漿的性能的基礎(chǔ)。
站在技術(shù)的角度來說,泥漿要具有下面的特征和功能:(1)要可以將鉆屑從井中帶到地表;(2)要可以對(duì)井中的壓力進(jìn)行控制,避免出現(xiàn)因泥漿密度導(dǎo)致井壁坍塌的情況;(3)泥漿循環(huán)停止時(shí),鉆屑懸浮;(4)對(duì)鉆桿和鉆頭進(jìn)行潤滑、降溫;(5)可以在地表對(duì)鉆屑進(jìn)行分離;(6)要可以在井壁的四周形成一層對(duì)井壁進(jìn)行保護(hù)的泥皮;(7)不對(duì)鉆井工具和鉆井系統(tǒng)造成損害;(8)可以抵消套管柱和鉆柱的一部分重力;(9)可以進(jìn)行固相控制,不對(duì)環(huán)境造成污染,具有穩(wěn)定的PH值。
在進(jìn)行鉆探的過程中,選用的泥漿不允許干擾測井?dāng)?shù)據(jù)、巖心數(shù)據(jù)、孔內(nèi)流體分析數(shù)據(jù)和泥漿錄井?dāng)?shù)據(jù),在地學(xué)研究過程中,泥漿要達(dá)到以下幾個(gè)方面的要求:(1)要盡可能降低泥漿罐中泥漿的巖粉和鉆屑;(2)要可以從鉆巖中得到最多的信息;(3)巖粉、鉆屑、可溶性氣體、地層流體不允許產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng);(4)為了降低泥漿中的礦物質(zhì)材料對(duì)鉆探地層造成污染,泥漿要為低固定相和無固相;(5)泥漿要可以保證地球化學(xué)探測其他含量和流體的入流位置,此外,還要分析溶解到泥漿中的氣體和正負(fù)離子的半連續(xù)化。
在鉆探工程中,泥漿粘度是對(duì)泥漿流動(dòng)難易程度進(jìn)行控制的主要指標(biāo),充分將泥漿流動(dòng)過程中,內(nèi)部產(chǎn)生摩擦阻力的大小反映出來。在泥漿流動(dòng)的過程中,和流速方向單位距離兩層間流速垂直的增加叫做流速梯度,泥漿層間單位面積上受到的內(nèi)摩擦力叫做剪切應(yīng)力。因?yàn)槟酀{顆粒之間有內(nèi)摩擦力存在,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的變形、形成和破壞也會(huì)影響泥漿的粘度[1]。所以,可以將高固相泥漿含量當(dāng)作塑性流體,利用塑性粘度、表觀粘度、動(dòng)力等對(duì)其進(jìn)行表示。其中表觀粘度指由結(jié)構(gòu)粘度和素心粘度構(gòu)成,塑性粘度主要對(duì)泥漿網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)處低平衡穩(wěn)定狀態(tài)造成破壞和恢復(fù)的固體顆粒、液體顆粒之間所產(chǎn)生的摩擦力,表觀粘度會(huì)在泥漿流速梯度產(chǎn)生變化時(shí)發(fā)生變化。
理論上來說,泥漿的塑性粘度可以使用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、毛細(xì)管粘度計(jì)等可以記錄應(yīng)力流速變化的儀器進(jìn)行測定,但是由于毛線管粘度計(jì)存在比較大的測錄誤差,而利用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定的泥漿塑性粘度準(zhǔn)確的更高。在實(shí)際工程應(yīng)用中,一般使用俄式漏斗粘度計(jì)進(jìn)行測量,在實(shí)際測量的過程中,分別使用量杯取500mL和200mL泥漿,然后讓泥漿從漏斗中流出,當(dāng)500mL的量杯流滿所花費(fèi)的時(shí)間就為測定泥漿的表觀粘度。在進(jìn)行鉆孔時(shí),要根據(jù)地層和泥漿的循環(huán)方式確定泥漿的相對(duì)粘度,通常情況下反循環(huán)鉆進(jìn)為16~20s,正循環(huán)鉆進(jìn)所花費(fèi)的時(shí)間為18~23s。使用清水對(duì)粘度計(jì)的準(zhǔn)確性進(jìn)行矯正,用水對(duì)泥漿進(jìn)行替換,如果清水的時(shí)間是15秒就準(zhǔn)確。如果和此標(biāo)準(zhǔn)不符合,那么需要進(jìn)行修理或者更換新的測量工具。
在鉆探施工中,對(duì)泥漿所占比例進(jìn)行控制是保證井中液柱壓力平衡的一個(gè)主要措施。通常情況下,泥漿的比重越低,鉆進(jìn)施工的速度就越快,對(duì)應(yīng)高壓成、坍塌層這些地質(zhì)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜的地層,為了避免出現(xiàn)事故,確保鉆進(jìn)工程的順利實(shí)行,就需要根據(jù)具體的情況對(duì)泥漿的比重進(jìn)行增加。為了保證泥漿性能指標(biāo)達(dá)到要求,要對(duì)泥漿進(jìn)行測量。在測量的過程中,在泥漿杯中倒?jié)M需要測量的泥漿,然后,將杯蓋蓋上,利用清水對(duì)被子外側(cè)的贓物和溢漿進(jìn)行清理,擦干清水后,在支座支點(diǎn)處放入道口,然后對(duì)游碼進(jìn)行調(diào)節(jié),使刻度尺上的水平泡保持在中間,然后將游碼上的刻度讀出來,此數(shù)據(jù)就為泥漿所占的比重。使用清水對(duì)比重計(jì)進(jìn)行矯正,按照以上要求重新進(jìn)行一層操作,測得的數(shù)值如果等于1,就證明儀器和要求一致,過高或過低都需要調(diào)整儀器,直到清水比重調(diào)整為1才為準(zhǔn)確。
由于地層和泥漿井內(nèi)液柱之間存在著一定的壓力差,因此,可以使?jié){液中的水分滲入到孔壁中,造成泥漿中的一部分自由水流失,在失水后,一些粘土顆粒就會(huì)在井壁附著,產(chǎn)生泥皮。通常泥漿失水越嚴(yán)重,泥餅的厚度就越高。為了保證泥漿指標(biāo)達(dá)到要求,需要使用專業(yè)的儀器進(jìn)行測量,一般使用氣壓失水儀和油壓失水儀進(jìn)行測量。
在測量的時(shí)候,首先打開測量儀的下蓋,然后在濾板上放入潤濕的濾紙,并將下蓋蓋緊。接著將泥漿導(dǎo)入,不宜導(dǎo)入過滿,一般流程1~2mm左右,將蓋子蓋上,絲杠旋緊,使用打氣筒將大氣壓打入[2]。測量過程中,如果氣壓降低,要進(jìn)行補(bǔ)打氣,使其保持在一個(gè)大氣壓的狀態(tài),測試幾分鐘后,將玻璃盆筒中的濾液體積乘以四,即得出泥漿的失水量。將濾板取出,然后使用清水輕輕的將濾板上的泥沖掉,并利用鋼板尺對(duì)泥并的厚度測量,測量出厚度數(shù)值后,用數(shù)值乘以二就可以得到泥餅的具體厚度。通過測量失水的濾液測出泥漿的的PH值,在濾液中放入PH值測試試紙,并將濾紙的變色情況和標(biāo)準(zhǔn)色譜進(jìn)行比較,得出PH值。
在實(shí)際鉆進(jìn)的過程中,受到井溫升高和巖屑混入的影響,泥漿的性能會(huì)產(chǎn)生比較大的變化。為了將泥漿控制在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)中,保證施工的順利開展,需要在泥漿中加入藥劑,一般常用的藥劑主要有燒堿、純堿、單寧酸、石灰等。
一般按照1∶1的比例在泥漿中加入烤膠和純堿,從而增加泥漿的切力和粘度,然后在泥漿中加入CMS,提高泥漿的切力和粘度,再加入水玻璃和芒硝,使泥漿的切力和粘度迅速增加。如果在泥漿中加入石灰,可以使泥漿粘度絮凝,進(jìn)而提高泥漿的切力和粘度,需要注意的是,如果再使用純堿加入到這類泥漿中,會(huì)導(dǎo)致泥漿的切力和粘度快速降低。一般對(duì)于泥漿粘度比較低,需要防止井壁出現(xiàn)坍塌時(shí),采用加入純堿和栲膠或者加入CMS、芒硝和、水玻璃的方法比較適用。而絮凝的方法如果配入纖維物后效果會(huì)更好,而且可以起到良好的堵漏和防滲效果。
雖然直接在泥漿中加入水,可以達(dá)到降低泥漿切力和粘度的目的,但是這種方法不能起到控制失水的效果,因此要使用稀釋劑進(jìn)行處理。一般情況下,使用的稀釋劑主要為栲膠堿液和單寧酸鈉。栲膠堿液和單寧酸鈉按照一定的比例和水進(jìn)行混合,然后使用水將其沖成110或15的濃度進(jìn)行使用,通常加量控制在0.2~0.5%之間。如果泥漿中含有鈣、鎂等離子時(shí),在水中加入一定量的純堿也可以有效降低泥漿的切力、粘度,達(dá)到控制失水的目的。需要注意的是,不要加入過多的純堿,避免產(chǎn)生反作用。另外,羧甲基纖維素也可以達(dá)到控制失水的目的,加入的越多,失水量就會(huì)下降的越多,但是切力和粘度會(huì)隨之增加。
總而言之,在鉆探施工中,如果使用的泥漿性能達(dá)不到規(guī)定要求,很容易影響孔壁的穩(wěn)定性,降低成孔效率,甚至?xí)?dǎo)致泥漿漏失、埋鉆、塌孔的情況出現(xiàn)。所以,要充分了解并掌握泥漿的性能要求,必要時(shí)采取相應(yīng)的處理措施,保證鉆孔可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求,提升施工效率。
[1]任憲忠.泥漿比重對(duì)鉆孔灌注樁質(zhì)量的影響分析[J].內(nèi)蒙古石油化工,2010,(19):184-185.
[2]熊茂平.泥漿性能對(duì)超深大直徑灌注樁成孔效率與成樁質(zhì)量的分析[J].施工技術(shù),2005,(01):78-79.