鉆井流體工藝原理

黃漢仁，教授，香港亞洲知識管理學(xué)院院士，美國林肯大學(xué)榮譽(yù)工程博士。1953年畢業(yè)于清華大學(xué)石油工程系。曾在北京、西安和四川的石油高校任教，任泥漿研究室主任，1979年被評為教授，同年提出并主編《泥漿工藝原理》，首次將泥漿工藝技術(shù)建立成一門大學(xué)課程，1987年獲石油工業(yè)部頒發(fā)教材獎。1988年成立南海設(shè)備化工（香港）公司，任總經(jīng)理。參與塔里木油田超深井固井、長慶油田酸化壓裂、海上油田鉆井液等工程項(xiàng)目；推介鉆井液處理劑應(yīng)用于全國的水平穿越工程：早引進(jìn)印度瓜爾膠粉到中國的食品工業(yè)與石油工業(yè)。在六十多年的工作中一直重視創(chuàng)新發(fā)展，曾獲2014年中國創(chuàng)新企業(yè)家稱號。2100433B

《鉆井流體工藝原理》從鉆井流體的基礎(chǔ)理論、鉆井液的性能與組成入手，系統(tǒng)全面地介紹了鉆井流體工藝的相關(guān)知識。主要內(nèi)容包括黏土礦物與膠體化學(xué)基礎(chǔ)，鉆井液界面化學(xué)，鉆井液的流變性和鉆井液的濾失與造壁性，鉆井液性能與測試，鉆井液材料化學(xué)與處理劑，水基鉆井液，油基與合成基鉆井液，氣體型和泡沫型鉆井流體，儲層鉆井液，水平井與大位移井鉆井液，高溫水基鉆井液，井壁穩(wěn)定，防漏與堵漏，卡鉆和井噴，提高鉆速的水基鉆井液，固相控制，腐蝕與防護(hù)，廢棄鉆井液處理技術(shù)和一口井的鉆井液設(shè)計(jì)。

《鉆井流體工藝原理》可供鉆井流體工作者、石油與天然氣鉆井、采油、地質(zhì)勘探的工程技術(shù)人員、科研人員和院校師生參考。

鉆井工程中使用的循環(huán)流體，由于絕大多數(shù)使用的是液體,少數(shù)情況使用氣體或泡沫,因此又稱“鉆井液”、“洗井液”，俗稱“鉆井泥漿”。

鉆井流體 - 功用 主要是①清洗井底，攜帶巖屑；②冷卻和潤滑鉆頭及鉆柱；③形成泥餅，封護(hù)井壁；④控制與平衡地層壓力；⑤循環(huán)停止時(shí)，能懸浮巖屑和加重劑；⑥在地面沉除巖屑；⑦提供所鉆地層的巖屑、泥漿、氣測等有關(guān)資料；⑧將流體功率傳給鉆頭（在用井下動力鉆具時(shí)）等。

鉆井流體 - 組成 主要成分有:①淡水或鹽水、飽和鹽水等;②鈉膨潤土或鈣膨潤土、有機(jī)土(經(jīng)表面活性劑處理的土)、抗鹽土等；③無機(jī)或有機(jī)化合物如天然或合成高分子化合物、表面活性劑等；④柴油、原油等（用于油基鉆井液）；⑤空氣、天然氣等（用于氣體鉆井）。不同成分的組合，形成各種類型的鉆井流體。從物理化學(xué)觀點(diǎn)看，鉆井液是一種多相不穩(wěn)定體系。包括“懸浮體”（如重晶石粉、鉆屑、粘土粉）、膠體(如高聚物、膨潤土粉)和真溶液（如氯化鈉、碳酸鈉）。其中起主要作用的是膠體成分，一般稱膠態(tài)-懸浮體。

處理劑 為了改善鉆井流體的性能，滿足鉆井工程的要求，需要在各類鉆井流體中加入處理劑（添加劑）。目前，根據(jù)處理劑所起的作用分成：堿度調(diào)節(jié)劑、除鈣劑、除泡劑、起泡劑、降粘劑、增粘劑、絮凝劑、潤滑劑、殺菌劑、乳化劑、堵漏劑、加重劑、防腐蝕劑、表面活性劑、頁巖抑制劑、降失水劑等16類,總數(shù)約100～150種,研究和發(fā)展處理劑是提高鉆井流體技術(shù)水平的重要內(nèi)容。

鉆井流體 - 分類 按比重可分低比重和高比重兩種：按對粘土的作用可分抑制性和非抑制性兩種（前者加有抑制劑，使流體具有防止鉆屑水化和碎裂及穩(wěn)定井壁作用），按分散體系中的連續(xù)相可分為水基（以水為連續(xù)相）、油基（以油為連續(xù)相）和氣體三種。目前，根據(jù)地層的特點(diǎn)習(xí)慣分成：高堿性淡水泥漿、高堿性石灰泥漿、低堿性淡水泥漿、低堿性鹽水泥漿、低堿性石膏泥漿、低堿性飽和鹽水泥漿、低固相泥漿、油基泥漿、油包水浮化泥漿、氣體等10種。

水基泥漿 是目前研究最多、應(yīng)用最廣泛的一類泥漿,發(fā)展過程大概經(jīng)歷了5個(gè)階段:①自然造漿階段,1901年開始用旋轉(zhuǎn)鉆井方法鉆井，用清水作循環(huán)液體。1914年后,認(rèn)識到混入的粘土對鉆進(jìn)有利,開始使用泥漿；②細(xì)分散泥漿階段，在渾水泥漿中加入如燒堿、純堿、丹寧、褐煤等具有分散作用的處理劑,使粘土顆粒變小,從而提高泥漿的穩(wěn)定性。③粗分散泥漿階段，在加入分散劑的基礎(chǔ)上再加入適量的無機(jī)絮凝劑如石灰、石膏等,使粘土顆粒保持在“適度絮凝”狀態(tài)，可獲得更高的抗石膏、抗鹽能力。④不分散泥漿階段，60年代出現(xiàn)了噴射鉆井工藝，研究了泥漿水力學(xué)及其他有機(jī)處理劑。水基泥漿從分散體系發(fā)展到不分散體系。前者是把粘土的大顆粒變小、變細(xì)，以利于膠態(tài)體系的穩(wěn)定；后者把顆粒變粗、變大，以利于沉淀和清除固相。這一技術(shù)的突破，有效地提高了鉆井速度。⑤無固相鉆井液，70年代，利用有機(jī)高聚物、生物聚合物、液體加重劑等配成不含固相的鉆井液，徹底消除泥漿中的固相對鉆井及油層的影響。目前正處在試驗(yàn)和發(fā)展中。

稀漿封層工藝原理是將乳化瀝青、符合級配的骨料、水、填料及添加劑按一定的設(shè)計(jì)配比攪拌成稀漿混合料，均勻地?cái)備佋诖幚淼穆访嫔?，?jīng)裹覆、破乳、析水、蒸發(fā)和固化等過程與原路面牢固地結(jié)合在一起，形成密實(shí)、堅(jiān)固、耐磨和道路表面封層，大大提高路面使用性能。

高層建筑多層地下室傳統(tǒng)的施工方法，是放坡大開挖或用支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)后垂直開挖，挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后澆筑鋼筋混凝土底板，再由下而上逐層施工各層地下室結(jié)構(gòu)，待地下結(jié)構(gòu)完成后再進(jìn)行地上結(jié)構(gòu)施工。 “逆筑法”的施工程序與傳統(tǒng)的施工方法正相反。

其工藝原理是：先沿建筑物周圍施工地下連續(xù)墻，在建筑物內(nèi)部按柱網(wǎng)軸線施工少量中間支承拄(辦稱中柱樁)，然后進(jìn)行地下首層的梁板樓面結(jié)構(gòu)施工。完成后同時(shí)施工地下、地上結(jié)構(gòu)、待地下室大底板完成后，再進(jìn)行復(fù)合柱、復(fù)合墻的施工。但在地下室澆筑鋼筋混凝土底板之前，地面上的上部結(jié)構(gòu)允許施工的層數(shù)要經(jīng)計(jì)算確定。 “逆筑法”施工，根據(jù)以地面一層樓面結(jié)構(gòu)下挖土是封閉還是敞開，分為“封閉式逆筑法”和“明暗結(jié)合式逆筑法”。前者可以地面上、下結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行施工；后者上部結(jié)構(gòu)不能與地下結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行施工。