泥浆性能指标要求的探讨

2015-08-15李学瑞中铁二十五局集团有限公司西北分公司陕西西安710048

江西建材 2015年3期

■李学瑞 ■中铁二十五局集团有限公司西北分公司，陕西西安 710048

在钻探过程中，随着孔内情况的变化，泥浆的性能也会随之产生变化，在泥浆性能无法适应地层的岩性要求时，为了避免出现孔内事故，需要及时调整泥浆性能。为了可以更好的完成钻探工作，要提高泥浆处理工作的重视度，保证钻进过程中，泥浆性能可以适应各种地层，并尽可能降低外界因素破坏泥浆性能。在实际应用的过程中，由于一些指标存在概念模糊的情况，无法达到施工要求，因此，在钻探施工中，充分了解泥浆的性能指标要求，是调整泥浆的性能的基础。

1 科学钻探过程中对泥浆的基本要求

1．1 钻井工程中对泥浆的基本要求

站在技术的角度来说，泥浆要具有下面的特征和功能:(1)要可以将钻屑从井中带到地表;(2)要可以对井中的压力进行控制，避免出现因泥浆密度导致井壁坍塌的情况;(3)泥浆循环停止时，钻屑悬浮;(4)对钻杆和钻头进行润滑、降温;(5)可以在地表对钻屑进行分离;(6)要可以在井壁的四周形成一层对井壁进行保护的泥皮;(7)不对钻井工具和钻井系统造成损害;(8)可以抵消套管柱和钻柱的一部分重力;(9)可以进行固相控制，不对环境造成污染，具有稳定的PH值。

1．2 地学研究中对泥浆的基本要求

在进行钻探的过程中，选用的泥浆不允许干扰测井数据、岩心数据、孔内流体分析数据和泥浆录井数据，在地学研究过程中，泥浆要达到以下几个方面的要求:(1)要尽可能降低泥浆罐中泥浆的岩粉和钻屑;(2)要可以从钻岩中得到最多的信息;(3)岩粉、钻屑、可溶性气体、地层流体不允许产生化学反应;(4)为了降低泥浆中的矿物质材料对钻探地层造成污染，泥浆要为低固定相和无固相;(5)泥浆要可以保证地球化学探测其他含量和流体的入流位置，此外，还要分析溶解到泥浆中的气体和正负离子的半连续化。

2 对泥浆粘度的要求

在钻探工程中，泥浆粘度是对泥浆流动难易程度进行控制的主要指标，充分将泥浆流动过程中，内部产生摩擦阻力的大小反映出来。在泥浆流动的过程中，和流速方向单位距离两层间流速垂直的增加叫做流速梯度，泥浆层间单位面积上受到的内摩擦力叫做剪切应力。因为泥浆颗粒之间有内摩擦力存在，网状结构的变形、形成和破坏也会影响泥浆的粘度［1］。所以，可以将高固相泥浆含量当作塑性流体，利用塑性粘度、表观粘度、动力等对其进行表示。其中表观粘度指由结构粘度和素心粘度构成，塑性粘度主要对泥浆网状结构处低平衡稳定状态造成破坏和恢复的固体颗粒、液体颗粒之间所产生的摩擦力，表观粘度会在泥浆流速梯度产生变化时发生变化。

理论上来说，泥浆的塑性粘度可以使用旋转粘度计、毛细管粘度计等可以记录应力流速变化的仪器进行测定，但是由于毛线管粘度计存在比较大的测录误差，而利用旋转粘度计测定的泥浆塑性粘度准确的更高。在实际工程应用中，一般使用俄式漏斗粘度计进行测量，在实际测量的过程中，分别使用量杯取500mL和200mL泥浆，然后让泥浆从漏斗中流出，当500mL的量杯流满所花费的时间就为测定泥浆的表观粘度。在进行钻孔时，要根据地层和泥浆的循环方式确定泥浆的相对粘度，通常情况下反循环钻进为16～20s，正循环钻进所花费的时间为18～23s。使用清水对粘度计的准确性进行矫正，用水对泥浆进行替换，如果清水的时间是15秒就准确。如果和此标准不符合，那么需要进行修理或者更换新的测量工具。

3 泥浆所占比重的要求

在钻探施工中，对泥浆所占比例进行控制是保证井中液柱压力平衡的一个主要措施。通常情况下，泥浆的比重越低，钻进施工的速度就越快，对应高压成、坍塌层这些地质环境相对复杂的地层，为了避免出现事故，确保钻进工程的顺利实行，就需要根据具体的情况对泥浆的比重进行增加。为了保证泥浆性能指标达到要求，要对泥浆进行测量。在测量的过程中，在泥浆杯中倒满需要测量的泥浆，然后，将杯盖盖上，利用清水对被子外侧的赃物和溢浆进行清理，擦干清水后，在支座支点处放入道口，然后对游码进行调节，使刻度尺上的水平泡保持在中间，然后将游码上的刻度读出来，此数据就为泥浆所占的比重。使用清水对比重计进行矫正，按照以上要求重新进行一层操作，测得的数值如果等于1，就证明仪器和要求一致，过高或过低都需要调整仪器，直到清水比重调整为1才为准确。

4 泥浆的泥拼厚度、失水量、PH值的要求

由于地层和泥浆井内液柱之间存在着一定的压力差，因此，可以使浆液中的水分渗入到孔壁中，造成泥浆中的一部分自由水流失，在失水后，一些粘土颗粒就会在井壁附着，产生泥皮。通常泥浆失水越严重，泥饼的厚度就越高。为了保证泥浆指标达到要求，需要使用专业的仪器进行测量，一般使用气压失水仪和油压失水仪进行测量。

在测量的时候，首先打开测量仪的下盖，然后在滤板上放入润湿的滤纸，并将下盖盖紧。接着将泥浆导入，不宜导入过满，一般流程1～2mm左右，将盖子盖上，丝杠旋紧，使用打气筒将大气压打入［2］。测量过程中，如果气压降低，要进行补打气，使其保持在一个大气压的状态，测试几分钟后，将玻璃盆筒中的滤液体积乘以四，即得出泥浆的失水量。将滤板取出，然后使用清水轻轻的将滤板上的泥冲掉，并利用钢板尺对泥并的厚度测量，测量出厚度数值后，用数值乘以二就可以得到泥饼的具体厚度。通过测量失水的滤液测出泥浆的的PH值，在滤液中放入PH值测试试纸，并将滤纸的变色情况和标准色谱进行比较，得出PH值。

5 对不符合性能标准的泥浆进行处理的相关措施

在实际钻进的过程中，受到井温升高和岩屑混入的影响，泥浆的性能会产生比较大的变化。为了将泥浆控制在规定的标准中，保证施工的顺利开展，需要在泥浆中加入药剂，一般常用的药剂主要有烧碱、纯碱、单宁酸、石灰等。

5．1 提高泥浆切力和粘度的方法

一般按照1∶1的比例在泥浆中加入烤胶和纯碱，从而增加泥浆的切力和粘度，然后在泥浆中加入CMS，提高泥浆的切力和粘度，再加入水玻璃和芒硝，使泥浆的切力和粘度迅速增加。如果在泥浆中加入石灰，可以使泥浆粘度絮凝，进而提高泥浆的切力和粘度，需要注意的是，如果再使用纯碱加入到这类泥浆中，会导致泥浆的切力和粘度快速降低。一般对于泥浆粘度比较低，需要防止井壁出现坍塌时，采用加入纯碱和栲胶或者加入CMS、芒硝和、水玻璃的方法比较适用。而絮凝的方法如果配入纤维物后效果会更好，而且可以起到良好的堵漏和防渗效果。

5．2 降低泥浆切力、粘度和失水的方法

虽然直接在泥浆中加入水，可以达到降低泥浆切力和粘度的目的，但是这种方法不能起到控制失水的效果，因此要使用稀释剂进行处理。一般情况下，使用的稀释剂主要为栲胶碱液和单宁酸钠。栲胶碱液和单宁酸钠按照一定的比例和水进行混合，然后使用水将其冲成110或15的浓度进行使用，通常加量控制在0．2～0．5%之间。如果泥浆中含有钙、镁等离子时，在水中加入一定量的纯碱也可以有效降低泥浆的切力、粘度，达到控制失水的目的。需要注意的是，不要加入过多的纯碱，避免产生反作用。另外，羧甲基纤维素也可以达到控制失水的目的，加入的越多，失水量就会下降的越多，但是切力和粘度会随之增加。