泥漿用處

泥漿于1901年在鉆井中應用。當時美國的哈米爾兄弟在德克薩斯的“紡錘頂”鉆井，尋找石油。為應對鉆井過程中的沙層等難題，運用泥漿加固支撐鉆井壁，這一做法被沿用至今。當時泥漿就是指的普通泥漿，現(xiàn)代工程中使用的事實上已經(jīng)是合成泥漿。

在鉆井工程中，泥漿通常與鉆井液是同義詞，主要應用于對石油、天然氣的鉆井工程操作當中。泥漿中通常是含有大量的懸浮物，膠狀物的水、油或是油水混合物。

泥漿在鉆井中的作用是很大的，人們常常稱它為鉆井的“血液”。

隨著鉆探工作的發(fā)展，泥漿的使用和研究也不斷地發(fā)展，新的泥漿處理劑的出現(xiàn)與應用，使泥漿的類型也不斷增加。目前對泥漿類型的劃分尚無統(tǒng)一的規(guī)定，一般習慣是根據(jù)分散介質的不同來分類或根據(jù)分散相的分散程度等來分類。按分散介質的不同，泥漿可分為水基泥漿和油基泥漿兩大基本類型，其具體分類如下：

泥漿水基泥漿

以水為分散介質，由粘土、水及化學處理劑所組成。這類泥漿應用最早，目前使用也最為廣泛。這類泥漿根據(jù)其組成成分的不同又可分為：

1．淡水泥漿

含鹽量<1%；含鈣<120ppm。這類泥漿的分散相分散度餃高，所以淡水泥漿又叫細分散泥漿，適用于一般松散破碎地層。

2．鹽水泥漿

含鹽量<1%，按含鹽量的高低又可分為：

(1)海水泥漿：含NaCl 3.5—4×10⁴mg/L；

(2)中鹽泥漿：含NaCl 4—5×10⁴mg/L；

(3)高鹽泥漿：含NaCl 8一10×10⁴mg/L；

(4)飽和鹽水泥漿：含NaCl 30一35×10⁴mg/L。

3．鈣處理泥漿：含Ca >120mg/L

按其含鈣量的高低又可分為：

(1)石灰泥漿：含Ca² 120—200mg/L；

(2)石膏泥漿：含Ca² 700—1000mg/L；

(3)氯化鈣泥漿：含Ca² 2000—4000mg/L；

(4)高氯化鈣泥漿：含Ca² 10⁴mg/L至飽和。

鹽水泥漿和鈣處理泥漿其分散相的分散度均較淡水泥漿低，一般稱為粗分散泥漿，這類泥漿運用于水敏性溶脹和剝落地層。

4．非分散低固相泥漿

凡粘土含量(重量比)小于10%(體積比，含固相小于4%)的泥漿稱為低固相泥漿

5．混油乳化泥漿

在水基泥漿中加入一定量的乳化油配制而成，它的分散相是粘土和油滴，是屬水包油型乳化泥漿。在非分散低固相泥漿中加入一定量的乳化油配制成的非分散低固相乳化泥漿，是目前解決復雜地層小口徑金剛石鉆進的有效措施之一。

泥漿油基泥漿

以油為分散介質，水、粘土為分散相，加處理剎配制而成的泥漿稱為油基泥漿。按其組成的不同可分為：

(1)油包水型乳化泥漿，以柴油(或原油)、水、優(yōu)質粘土及處理劑配制而成。

(2)油基泥漿、以柴油(或原油)和瀝青(或優(yōu)質粘土)及有關處理劑配制而成。油基泥漿在地質勘探中很少應用，主要用于石油天然氣鉆井。

泥漿是勞動人民在長期生產實踐斗爭中逐漸發(fā)展起來的。勞動人民在開始采用鉆探手段探明和開發(fā)地下資源的時候，由于孔淺地層比較簡單，曾用清水沖洗鉆進，在鉆進過程中穿過泥質巖石時，巖粉和清水混合后經(jīng)鉆具的攪拌而形成泥漿(自然造漿)。在實踐中人們逐步認識到這種泥漿在清除巖粉和懸浮巖粉，保護孔壁防止孔內事故等方面比清水好，人們就有意識地使用泥漿，隨著鉆探工作的不斷發(fā)展，對泥漿進行化學處理作了大量研究工作，使泥漿工作得到進一步發(fā)展。

我國無論在鑿井方面或是在沖洗液的使用上都有著悠久的歷史，但由于解放前長期的反動派黑暗統(tǒng)治和帝國主義的入侵，使我國的鉆探事業(yè)非常落后，對鉆孔沖洗液的研究幾乎沒有進行什么工作。解放三十多年來，特別是近幾年來，隨著社會主義建設事業(yè)的迅速發(fā)展，石油鉆井和巖心鉆探工作有了很快的發(fā)展。在泥漿的使用和研究方面，積累了許多成功的經(jīng)驗，對優(yōu)質快速鉆進起到了應有的保證作用。特別是石油鉆井部門在使用泥漿和對泥漿化學處理等方面積累了不少好的經(jīng)驗。泥漿類型已從單一的淡水鈉基泥漿，發(fā)展到鈣處理泥漿、鹽水泥漿、乳化泥漿，低固相泥漿等。在處理劑方面，不僅使用了無機處理劑和一般有機處理劑，而且發(fā)展了多種高分子化合物和表面活性劑等。

在地質勘探巖心鉆探工作中，使用泥漿沖洗鉆孔進行護壁堵漏也取得了很大成績，積累了不少好經(jīng)驗。特別是推廣使用了小口徑金剛石鉆進，由于環(huán)狀間隙小，采用高轉速鉆進，泥漿除完成沖洗護壁作用外，還要有良好的潤滑防震作用，因此，對泥漿的性能質量需求很高，生產實踐證明，科學地使用泥漿是小口徑金剛石鉆進護壁堵漏的重要手段。為了有效地快速處理鉆進復雜地層所遇到的孔內復雜情況，研究尋找新的處理劑改善提高泥漿的質量和性能，將是目前鉆探工作中急需解決的問題。

泥漿優(yōu)點

(1)泥漿能在孔壁形成一層薄而韌的泥皮，能保護孔壁、防止坍塌、掉塊而引起的卡、夾鉆事故。

(2)利用泥漿內部的結構強度懸浮巖粉，使得在停鉆、停泵時，巖粉不致于很快沉入孔底，防止埋鉆事故。

(3)泥漿具有一定的粘度，在有裂隙或破碎地層中鉆進，可以堵漏、防止漏失，減少沖洗液的消耗。

(4)泥漿液柱靜壓力大于清水，適當加大其比重，就可以防止井噴，還可以隔離油、氣層。 ·

(5)由于泥漿的護孔作用，在復雜地層中鉆進用泥漿，可以少下或不下套管。從而簡化鉆孔結構，節(jié)約大量鋼材，提高施工速度，降低鉆探成本。

因此，泥漿是鉆進復雜地層中常用的一種沖洗液，如鉆進松散不穩(wěn)定、裂隙發(fā)育、遇水膨脹、坍塌掉塊、或漏失、涌水、噴油、氣地層．使用泥漿能保障鉆孔正常鉆進。

泥漿缺點

需要造漿原料和設備；泥漿泵磨損加劇且故障增多；成本比較高；此外，由于要發(fā)揮泥漿的作用，必須注意泥漿的質量和性能，因而維護、管理和處理麻煩。

粘土和水是組成泥漿的基本原料，而粘土是泥漿最主要的組成部分。粘土和水的質量，尤其是粘土質量對泥漿性能的變化及化學處理的效果均有直接的影響。

(一)粘土：粘土主要由含水鋁硅酸鹽組成，往往也含有一些金屬氧化物雜質，如氧化鐵、氧化鎂、氧化鈉、氧化鈣等。含水鋁硅酸鹽往往是高嶺石、水云母、微晶高嶺石等礦物的混合物。含微晶高嶺石多的叫膨潤土，這種粘土的水化能力強，最適宜制造泥漿，含高嶺石不多的叫高嶺土，它的水化性能差，造漿性能也不好。

(二)水：自然界的水由于各地質條件不同，含有鈣，鎂、鈉的碳酸鹽，硫酸鹽，酸性碳酸鹽，氯化物，硫化物及硝酸鹽等雜質。水中礦物雜質多了，使粘土顆粒的水化作用不好，容易聚沉，對泥漿性能影響很大。根據(jù)水中含鈣、鎂雜質多少，將水分為軟水和硬水。一般硬度5～6度為軟水，超過6度即為硬水(一升水內含氯化鈣1/150克為一度)。制造泥漿的水不應超過12—15度。硬度過高的水可以用磷酸鈉或焙燒蘇打進行軟化。一般制漿時，不必預先軟化水，而是根據(jù)對泥漿性能的要求直接處理泥漿。

泥漿用粘土加水攪拌而成。使用泥漿可以防止塌孔，懸浮巖屑，安全穿過流砂層等。正確地使用泥漿，可以保證安全鉆進。但是，過量的使用泥漿，會給洗井帶來很多困難，而且影響出水量。所以使用泥漿時，一定要根據(jù)不同的地層性質隨時加稠或沖稀。 泥漿的性能通常指泥漿的水分、細度(或殘渣)、比重(或密度)、流動性及觸變性、吸漿速度等指標，在陶瓷生產中必須對泥漿性能進行檢測與控制。

野外采用這些方法很不方使,一些凈化設備成本較高,使用工序繁瑣.現(xiàn)在許多野外隊,都是就地挖一種直線狀泥漿槽(圖1.)進行循環(huán)和凈化。傳統(tǒng)使用的直線狀泥漿槽沉砂效果差,泥漿凈化程度低,設備磨損快,往往因為泥漿含砂量大而失去其性能指標,引起一些孔內事故,但施工現(xiàn)場又不允許挖槽過長為了改進這些不足,現(xiàn)設計一種“Z”型泥漿槽(圖2),這種泥漿槽使用方便,占地范圍小,具有沉砂速度快,泥漿凈化程度高等特點。

理論上扼要論述一下“Z”型泥漿槽沉砂效果好的原因

1.“Z”型泥漿槽占地長度與直線狀槽長相等,總坡度相等,由于“Z”型槽占地寬些,實際長度大,流經(jīng)時間長,卸載機會就多,總坡度不變,實際單位長度坡度減緩.水的砂搬運物質能力與流速成正比,而速度又與槽溝的坡度、糙度有關。如忽略糙度影響,坡度小,泥漿流速減緩,故其搬運能力下降,造成泥砂沉淀.

2.泥漿在“Z”型槽中流動,在拐彎處受到較大阻力,流速必然明顯減小,流速減小必然卸載.使泥砂沉淀. 2100433B

泥漿槽傾斜度

θ——靜止切力，克/厘米2

γ——泥漿比重

R——水力半徑

h——泥漿槽內泥漿流動深度，厘米。

泥漿槽長度

L=W/(BK

式中W——鐵屑的容積，米2/小時，W=0.785D2

_{0.785D2——井的面積}

_{Sm——純速，米/時；}

_{K——泥漿槽的清洗能力系數(shù)（=0.0008）；}

_{B——泥漿槽的寬度}

h——泥漿槽中泥漿流動深度

V——泥漿槽的平均流速