化学泥浆的作用与管理 旋挖钻机泥浆

　　 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。中水水源分为优质杂排水和污水处理，中水水源一般不是单一水源，大多有三种组合方式:1)盥洗排水、淋浴排水、循环冷却水称为优质杂排水，应优先选用；冲厕排水以外的生活排水称为杂排水；污水处理，即所有生活排水的总称，这种水质最差。中水回用是指民用建筑物或居住小区内使用后的各种排水如生活排水、冷却水及雨水等经过适当处理后回用于建筑物或居住小区内，作为杂用水的供水系统。设置中水回用既可以有效地利用和节约有限的、宝贵的淡水资源，又可以减少污、废水排放量，减少水环境的污染，还可以缓解城市下水道的超负荷现象。

　　 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，压力7kg/，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1mm

　　 3、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: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，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、磺化褐煤等。c、絮凝剂:如聚丙烯酰胺。d、增粘剂:如植物胶、羧纤维素钠等。e、泥、页岩水化膨胀剂:如低荧光防塌护壁剂、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。下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用。目的海绵城市目的是减少城市内涝问题，但应回归问题导向，避免过度工程化、盲从化、雷同化和景观化的问题。做法海绵城市建设，要以城市建筑与小区、城市道路、绿地与广场、水系等建设为载体，城市规划、设计、施工及工程管理等各部门、各专业要统筹配合。维持和恢复城市绿地与水体的吸水、渗水、净水能力，是建设海绵城市的重要手段，通过渗、滞、蓄、净、用、排等多种生态化技术，构建低影响开发雨水系统。

　　 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。

　　 （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、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。RN过大时需要高功率的回流泵，增加能耗。反之，当RN较小时，脱氮效率降低。R过小时，厌氧池污泥负荷增加，将影响各段的生化反应效率；R过大则聚磷菌释放磷的效果，降低总磷去除率。李明等人通过对:2/O工艺的研究对比得出，一般R=5%~1%，不可低于4%；李银波等人采用:2/O脱氮除磷工艺中试试验表明，RN为2%时系统处理效果。力停留时间(HRT)的影响与设定一般来说，延长HRT时间有利于提高COD去除效果，但对于厌氧池，过长的HRT容易产生污泥膨胀，过短水流速度较大，易导致活性污泥流失；相对于好氧池，过长的HRT则使SRT缩短，影响污泥释磷效果，增加污泥排放量；较短的HRT使污水中硝化过程不充分，不利于脱氮。

　　 （八）当钻进坚硬地层花岗岩、玄武岩等:应选用润滑剂、植物胶等。

　　 （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）。主要包括生物固定技术和生物氧化还原技术。该修式具有成本低、工程量小的优点；但是微生物修复的专一性强，其活性与温度、水分、氧气、pH值等土壤环境条件紧密相关，很难同时修复多种复合重金属污染土壤；此外，这种方法应用难度大，目前尚未获得突破性进展，仍停留在实验室研究阶段。在以上几种技术的基础上衍生出了一系列新的方法新型组合技术，刘阳生介绍道，如化学改性增溶植物提取法、微生物改性增溶植物提取法、化学氧化萃取法等等。