浅谈凿井施工中泥浆的测定和配制及调整

2011-08-21陈爱明

山西建筑 2011年28期

陈爱明

0 引言

在凿井施工中，泥浆作为凿井的主要介质，对工程质量和进度具有重要作用。泥浆是微小的粘土颗粒在水中的分散，并与水混合形成半胶体的悬浮溶液，它在凿井施工中所起的作用是多方面的，如固壁作用、润滑作用、冷却作用、堵漏作用以及携砂作用等。在多年的实践过程中，由于泥浆的使用不当，对工程质量造成很大损失，如:井孔坍塌、埋钻、卡钻等事故。为此必须采取适当的措施来避免事故的发生。

1 泥浆性能指标的测定

1.1 相对密度(比重)的测定

在一般破碎的涌水地层中钻进，泥浆相对密度可大些，可达1.2～1.4甚至更高;而在孔隙、裂隙等漏水地层钻进可小些，一般在1.1～1.2。现场测定泥浆相对密度的工具为玻璃比重计和500 mL或1 000 mL的玻璃杯量筒。测定的方法是将搅拌均匀的泥浆注入玻璃杯量筒中，再将玻璃比重计放入量筒内，比重计与泥浆液面相交的刻度值，即为泥浆密度值。

1.2 粘度的测定

在钻进砂卵石、粗砂、中砂地层时，泥浆粘度约为18 s～22 s;在钻进细砂、粉砂层时，泥浆粘度约为16 s～18 s。测定粘度野外常用标准粘度计。测量方法是用左手食指堵住漏斗管口，用量杯取700 mL清水注入漏斗内，右手握秒表，放开左手食指的同时开动秒表，使清水流入量杯，当注满500 mL时，立即停秒表，并用食指堵住管口。此时秒表所指的时数应为15 s，则仪器准确，否则仪器不标准。使用不标准的仪器时，泥浆的粘度应按下式换算求得:泥浆粘度s=15 s×500 mL泥浆流出的时间(s)/500 mL清水流出的时间(s)。测定粘度的方法与标定仪器的方法相同。但对欲测的泥浆应过筛，除去杂草及土块，以防堵塞漏斗管口。

1.3 失水量的测定

一般在较稳定地层钻进时，泥浆失水量不应大于25 mL/30 min，泥皮厚度约为3 mm～4 mm。在松散易坍塌或遇水膨胀地层钻进，失水量应小于10 mL/30 min～15 mL/30 min，泥皮厚度约为2 mm。野外常用滤纸法测定。测定时，用一张12 cm×12 cm的滤纸放在水平玻璃板或金属板上，在滤纸的中央部分，先用铅笔划一直径29 mm～30 mm的圆圈，然后将大约2 mL的泥浆滴入圆圈内，记下时间，经过30 min后，用刻度尺测量湿圆圈的直径数，取其平均值，即为泥浆失水量。

2 泥浆的配制

农用机井施工用泥浆，多数是粘土以小颗粒状态分散在水中所形成的溶胶悬浮体。

配制泥浆用水，应为淡水。配制泥浆用的粘土，应为含砂量少、致密细腻、可塑性强、遇水易散、吸水膨胀。

2.1 泥浆的配制方法

配制泥浆，应事先将所用粘土晒干捣碎，用水把粘土浸泡1 h～2 h，若用人力反复搅拌，并根据情况加水，直至达到要求;用机器搅拌时，先将搅拌机内倒入适量清水，开动搅拌机，再将晒干砸碎的粘土按需要量分次倒入搅拌机内搅拌，达到要求指标后，即放入泥浆池。

配制泥浆，加入粘土数量可用下式求得:P=γ1(γ-γ2)/(γ1-γ2)。其中，P为配制1 m3泥浆加入粘土数量，t;γ为所需泥浆的密度，g/cm3;γ1为粘土的密度，g/cm3;γ2为水的密度，g/cm3。

2.2 自然造浆

农用机井在第四纪松散地层施工，一般多采用清水钻进，在钻进中形成自然泥浆，这种泥浆可以携带岩屑，净化孔底，并借助厂泥浆柱的压力稳定孔壁，防止坍塌。在利用自然泥浆时，应及时掌握地层变化，必要时，应调整泥浆指标，以满足钻进的需要。

3 实践中泥浆的几个主要性能调整方法

3.1 粘度和静切力的调整

在钻进中因地层岩性条件不同，对泥浆粘度和静切力要求不同。如在正常地层中钻进、粘度和静切力应保持在最低限度值;而在漏失地层中钻进，则应提高粘度和静切力。

3.1.1 降低泥浆粘度和静切力

1)加入清水稀释泥浆，可使泥浆中的粘土颗粒浓度降低，以达到降低粘度和静切力的目的。但应指出，加入清水后会增加泥浆的失水量。

2)加入稀泥浆来降低稠泥浆中的粘土颗粒浓度，以达到降低粘度和静切力的目的。

3)用化学沉淀方法，清除高价的阳离子来降低泥浆粘度和静切力。如加Na2CO3等电解质，可将泥浆中的Ca2+，Mg2+等高价离子凝结沉淀，达到降低的目的。但应控制Na2CO3的用量，否则会得到相反效果。

4)在泥浆中加入有机降粘剂，如煤碱剂、单宁碱剂、铁铬盐等。

3.1.2 提高泥浆粘度的静切力

1)增加泥浆中粘土的含量。2)新配制的泥浆中可加入适量的Na2CO3或NaOH来提高粘土颗粒的分散度。3)泥浆粘度和静切力偏低是因为稳定剂浓度过高而引起的，调整办法是加入未经处理的新泥浆，来降低稳定剂浓度而达到提高的目的。4)加入野生植物胶等来提高泥浆粘度。5)在泥浆失水量不大的情况下，可加入适量的石灰乳、水泥浆、食盐等来提高粘度和静切力。