淺談鑿井施工中泥漿的測定和配制及調整

陳愛明

0 引言

在鑿井施工中，泥漿作為鑿井的主要介質，對工程質量和進度具有重要作用。泥漿是微小的粘土顆粒在水中的分散，并與水混合形成半膠體的懸浮溶液，它在鑿井施工中所起的作用是多方面的，如固壁作用、潤滑作用、冷卻作用、堵漏作用以及攜砂作用等。在多年的實踐過程中，由于泥漿的使用不當，對工程質量造成很大損失，如:井孔坍塌、埋鉆、卡鉆等事故。為此必須采取適當的措施來避免事故的發生。

1 泥漿性能指標的測定

1.1 相對密度(比重)的測定

在一般破碎的涌水地層中鉆進，泥漿相對密度可大些，可達1.2～1.4甚至更高;而在孔隙、裂隙等漏水地層鉆進可小些，一般在1.1～1.2。現場測定泥漿相對密度的工具為玻璃比重計和500 mL或1 000 mL的玻璃杯量筒。測定的方法是將攪拌均勻的泥漿注入玻璃杯量筒中，再將玻璃比重計放入量筒內，比重計與泥漿液面相交的刻度值，即為泥漿密度值。

1.2 粘度的測定

在鉆進砂卵石、粗砂、中砂地層時，泥漿粘度約為18 s～22 s;在鉆進細砂、粉砂層時，泥漿粘度約為16 s～18 s。測定粘度野外常用標準粘度計。測量方法是用左手食指堵住漏斗管口，用量杯取700 mL清水注入漏斗內，右手握秒表，放開左手食指的同時開動秒表，使清水流入量杯，當注滿500 mL時，立即停秒表，并用食指堵住管口。此時秒表所指的時數應為15 s，則儀器準確，否則儀器不標準。使用不標準的儀器時，泥漿的粘度應按下式換算求得:泥漿粘度s=15 s×500 mL泥漿流出的時間(s)/500 mL清水流出的時間(s)。測定粘度的方法與標定儀器的方法相同。但對欲測的泥漿應過篩，除去雜草及土塊，以防堵塞漏斗管口。

1.3 失水量的測定

一般在較穩定地層鉆進時，泥漿失水量不應大于25 mL/30 min，泥皮厚度約為3 mm～4 mm。在松散易坍塌或遇水膨脹地層鉆進，失水量應小于10 mL/30 min～15 mL/30 min，泥皮厚度約為2 mm。野外常用濾紙法測定。測定時，用一張12 cm×12 cm的濾紙放在水平玻璃板或金屬板上，在濾紙的中央部分，先用鉛筆劃一直徑29 mm～30 mm的圓圈，然后將大約2 mL的泥漿滴入圓圈內，記下時間，經過30 min后，用刻度尺測量濕圓圈的直徑數，取其平均值，即為泥漿失水量。

2 泥漿的配制

農用機井施工用泥漿，多數是粘土以小顆粒狀態分散在水中所形成的溶膠懸浮體。

配制泥漿用水，應為淡水。配制泥漿用的粘土，應為含砂量少、致密細膩、可塑性強、遇水易散、吸水膨脹。

2.1 泥漿的配制方法

配制泥漿，應事先將所用粘土曬干搗碎，用水把粘土浸泡1 h～2 h，若用人力反復攪拌，并根據情況加水，直至達到要求;用機器攪拌時，先將攪拌機內倒入適量清水，開動攪拌機，再將曬干砸碎的粘土按需要量分次倒入攪拌機內攪拌，達到要求指標后，即放入泥漿池。

配制泥漿，加入粘土數量可用下式求得:P=γ1(γ-γ2)/(γ1-γ2)。其中，P為配制1 m3泥漿加入粘土數量，t;γ為所需泥漿的密度，g/cm3;γ1為粘土的密度，g/cm3;γ2為水的密度，g/cm3。

2.2 自然造漿

農用機井在第四紀松散地層施工，一般多采用清水鉆進，在鉆進中形成自然泥漿，這種泥漿可以攜帶巖屑，凈化孔底，并借助廠泥漿柱的壓力穩定孔壁，防止坍塌。在利用自然泥漿時，應及時掌握地層變化，必要時，應調整泥漿指標，以滿足鉆進的需要。

3 實踐中泥漿的幾個主要性能調整方法

3.1 粘度和靜切力的調整

在鉆進中因地層巖性條件不同，對泥漿粘度和靜切力要求不同。如在正常地層中鉆進、粘度和靜切力應保持在最低限度值;而在漏失地層中鉆進，則應提高粘度和靜切力。

3.1.1 降低泥漿粘度和靜切力

1)加入清水稀釋泥漿，可使泥漿中的粘土顆粒濃度降低，以達到降低粘度和靜切力的目的。但應指出，加入清水后會增加泥漿的失水量。

2)加入稀泥漿來降低稠泥漿中的粘土顆粒濃度，以達到降低粘度和靜切力的目的。

3)用化學沉淀方法，清除高價的陽離子來降低泥漿粘度和靜切力。如加Na2CO3等電解質，可將泥漿中的Ca2+，Mg2+等高價離子凝結沉淀，達到降低的目的。但應控制Na2CO3的用量，否則會得到相反效果。

4)在泥漿中加入有機降粘劑，如煤堿劑、單寧堿劑、鐵鉻鹽等。

3.1.2 提高泥漿粘度的靜切力

1)增加泥漿中粘土的含量。2)新配制的泥漿中可加入適量的Na2CO3或NaOH來提高粘土顆粒的分散度。3)泥漿粘度和靜切力偏低是因為穩定劑濃度過高而引起的，調整辦法是加入未經處理的新泥漿，來降低穩定劑濃度而達到提高的目的。4)加入野生植物膠等來提高泥漿粘度。5)在泥漿失水量不大的情況下，可加入適量的石灰乳、水泥漿、食鹽等來提高粘度和靜切力。

3.2 失水量的調整

根據對泥漿失水量分析，影響失水量的因素有泥漿中膠質顆粒濃度，粘土顆粒水化程度及泥皮的性質等因素。因此，要降低泥漿失水量就必須提高泥漿中膠質顆粒濃度和粘土顆粒水化程度，以提高泥皮的致密性。解決的途徑是提高和改善粘土顆粒表面的親水性。

1)加入適量的Na2CO3或NaOH處理多鈣的粘土，以改變粘土顆粒表面的性質，提高粘土水化分散程度，降低泥漿失水量，這是鉆探中最常用的方法。

2)加入有機質及高分子降失水劑，降低泥漿失水量。常用的處理劑有煤堿劑、野生植物膠等。

3.3 泥漿比重的調整

在高壓含水層或易坍塌地層中鉆進時，必須選用比重大的泥漿，以平衡地層的壓力，保證鉆進安全。提高泥漿比重，可加入加重劑進行處理，一般采用重晶石粉(BaSO4)。該粉比重為4.5，硬度較小，對水泵磨損性較小，是一種比較理想的加重劑。所需加重劑的用量，可按下式計算:

其中，P為配制1 m3泥漿加重劑數量，t;γ為加重劑的比重，g/cm3;γ1為加重前的泥漿比重，為粘土的密度，g/cm3;γ2為加重后的泥漿比重，g/cm3。

3.4 調節處理泥漿性能必須遵守的原則

1)調整泥漿某一性能指標時，必須注意其他性能指標的變化。

2)處理劑的配方和用量，必須根據地層和所用泥漿的具體條件通過試驗來確定，不可照搬外地經驗和書本條文。

3)根據鉆進地層巖性和所用泥漿的具體條件，選擇處理劑，所選的處理劑必須符合效果好、用量少、成本低、配制方便和易于掌握。

總之，在鑿井施工中，對泥漿的配制調整要十分重視，不可掉以輕心，要針對不同的地層結構特點，采取不同的配制方法和不同的泥漿處理方法，從而達到高速優質鉆進的目的。

[1]《水文地質手冊》編寫組.水文地質手冊[M］.北京:地質出版社，1980.

[2]趙爾慧.農用機井設計與管理[M］.北京:水利電力出版社，1987.