野戰鉆井快速造漿機的研制

呂光輝，訾 兵，武平生，何立新

（1.中國人民解放軍68612部隊，寧夏 銀川750021;2.寧夏地質工程院，寧夏 銀川 750021;3.中國人民解放軍91053部隊，北京 100070）

野戰鉆井快速造漿機的研制

呂光輝1，訾 兵2，武平生1，何立新3

（1.中國人民解放軍68612部隊，寧夏 銀川750021;2.寧夏地質工程院，寧夏 銀川 750021;3.中國人民解放軍91053部隊，北京 100070）

隨著近年來給水部隊鉆井裝備的不斷更新，鉆井設備的自動化程度和施工效率大大提高。與此同時，原來配制周期較長的泥漿配制設備及工藝就顯得更加落后，急需進行改進，以適應現代戰爭對野戰給水工程保障快速高效的特點。因此，根據西北水井施工特點和黃土塊特征及水井施工實際情況，研制了一種新型快速造漿機。介紹了該新型快速造漿機的工作原理、結構特點和實際使用效果。

水井施工;泥漿配制;快速配漿;造漿機

1 問題的提出

快速高效是現代戰爭對野戰給水工程保障最基本的要求之一。隨著我軍給水裝備的更新換代，鉆井設備的自動化程度有了較大的提高，鉆井設備安裝時間由原來的1～3天縮短至8 h以內，但由于配套設備沒有相應的改善，作業準備時間仍需要至少2天，制約了新裝備效能的發揮，機動性強、機械化程度高的給水新裝備優勢無法充分顯現，其中配制鉆井泥漿是作業準備階段耗時最長的環節，也是構筑管井給水站能力沒有大幅提高的重要原因之一。

目前，國內、軍內鉆井用泥漿的配制都是采用浸泡后的黃土塊進行攪拌，配制機具以攪拌為主，由于只注重浸泡后的攪拌能力，構筑1眼井需2天甚至更長的時間進行浸泡和攪拌，不僅時間長、效率低，在攪拌過程中因無凈化措施，使泥漿中混有砂石等雜質，從而大大影響泥漿性能，損傷設備。在鉆井施工過程中受設備和場地的限制，也無法快速補充和凈化泥漿，易造成鉆井事故。

研制野戰鉆井快速造漿機的目的就是為了改進泥漿配制工藝，縮短作業時間，提高泥漿質量，解決上述急迫的施工難題，提高部隊快速構筑管井給水站的能力。

2 設計要求及技術參數

2.1 設計要求

經過調研論證，結合西北地區水井施工及黃土特點，鉆井快速造漿機設計主要基于黃土塊無需浸泡可直接配制泥漿。主要設計要求如下:

（1）黃土塊無需浸泡可直接配制鉆井用泥漿;

（2）8 h內可配制最少12 m3（粘度18～22 s）泥漿;

（3）分體組合式結構，便于野外施工安裝及運輸，能自動連續完成制漿工作，電機功率＜3 kW。

（4）便于工作人員投料，操作人員1～2人，可使用380 V外接電源。

2.2 主要技術參數

（1）黃土塊無需浸泡可直接配制泥漿。

（2）配制泥漿速度:

配制粘度22 s的泥漿量≥1.8 m3/h;

配制粘度20 s的泥漿量≥2.4 m3/h;

配制粘度18 s的泥漿量≥3 m3/h。

（3）固相混合速度:

重晶石大于60 kg/min;

澎潤土大于30 kg/min;

固液混合器處理量40 m3/h。

（4）粉碎粘土量:0.9～1.5 m3/h。

（5）功率:3 kW。

（6）電源電壓:三相線的線制（即 AC380 V、AC220 V）。

（7）作業人員:1～2人。

（8）動力要求:380 V外接電源及鉆機動力。

3 工作原理與性能特點

3.1 工作原理

配制泥漿時，粘土塊由粉碎機的箕形填料口填入，經由粉碎錘敲擊粉碎后落入直通式固液混合器，與鉆機泥漿泵提供的高壓水經固液混合器混合后形成高速旋渦，在水力和重力雙重作用下使水與粉狀原料充分混合形成泥漿，經固液混合器出漿口排出。泥漿制備工藝流程見圖1。

圖1 泥漿制備工藝流程圖

快速造漿機主要由粉碎機、固液混合器、水力旋流器、固液混合器底座、水力旋流器底座、控制箱等組成，主要結構見圖2，實物圖片見圖3。

圖2 快速造漿機結構圖

圖3 快速造漿機實物圖片

鉆井施工時，T形三通球閥能夠轉換泥漿的流通回路，由于鉆頭不斷破碎巖石，泥漿攜帶大量巖屑上返至地面，使泥漿中雜質含量過多，此時可以扳動三通球閥的扳手，泥漿泵將泥漿池中的泥漿從切向入口泵入水力旋流器中，泥漿在旋流器內腔作高速旋流運動，產生幾千倍于重力場的離心力場，在離心力的作用下密度大的巖屑在高速旋轉過程中被甩向四周，并順著壁面沉降到旋流器下部，作為底流從下部的排砂口排出，而經過處理后的密度較小的泥漿則通過旋流器上端口排入泥漿池口供鉆機使用［1，2］。此過程為泥漿的凈化、除雜質過程。

另外粉碎機、固液混合器也可根據需要單獨工作。粉碎機在不需配制泥漿時，可單獨進行黃土的粉碎;固液混合器也可用于已有黃土粉、膨潤土、重晶石粉等與液體的混合。

造漿機所選用的固液混合器的主要工作原理是:當由泥漿泵輸出的高壓泥漿經進液管沿切線方向進入內旋流筒后產生高速旋轉的液流，液流在內旋流筒內螺旋運動，在離心力的作用下急速上升，在上頂板的反作用力下，液流進入外旋流筒內腔并繼續向下作高速螺旋運動至排出口。當固相添加劑由漏斗落下至內旋流室后，固相添加劑不斷被液流攜帶并由下至上作螺旋運動，完成第一次混合，混合后的液流進入外旋流筒內流室繼續作高速螺旋運動，使物料完成第二次混合，最后沿切線方向進入排液管，在慣性力的作用下，混合后的泥漿經爬坡管自動排入泥漿循環系統，并完成加料作業。

水力旋流器的主要工作原理是:水力旋流器的給料是固液混合物，水流在泵或引力的作用下以切線角度進入水力旋流器的旋流室，在重力、離心力、壓力作用下，泥漿與沉渣分離。

配制泥漿的高壓水（稀泥漿）由鉆機泥漿泵提供。泥漿泵和三通球閥之間、水力旋流器和三通球閥之間用橡膠管連接，便于安裝和移運，粉碎機、固液混合器、水力旋流器也可根據施工需要單獨使用。

該設備結構緊湊、運行可靠、裝卸便捷、操作簡便，滿足了部隊在野外作業的基本要求。3.2 性能特點

（1）泥漿配制時間短、效率高、工藝先進，節約了原來泥漿配制過程中的黃土浸泡攪拌所需的時間，改進后的泥漿制備時間僅為原來的1/4，大幅度提高了現有給水裝備的給水保障能力和速度。

（2）配制泥漿流程科學合理，泥漿質量大大提高。

原泥漿配制流程:黃土塊→浸泡→攪拌→成漿。受場地、容器、水源限制，少則一天大量浸泡，多則反復多次浸泡，制漿時間長。

改進后流程:黃土塊→粉碎混合→成漿。不受場地、容器、水源限制，制漿快、效率高。

（3）充分考慮鉆井施工設備特殊性、野外施工條件和黃土特點優化設計，泥漿配制技術先進，不需要對黃土進行浸泡，在施工前及施工中均可快速進行泥漿的配制。

（4）泥漿凈化措施完備。該設備不僅可在泥漿配制過程中對新泥漿進行凈化，還可對使用中的泥漿進行凈化處理，確保了施工安全、優質、高效、低耗。

（5）整機性能優越，性價比高，實用性強。分體式組合設計，使用安裝不受場地限制，裝卸方便快捷，機動性強，適合給水部隊機動靈活的作業要求。

（6）縮短了作業準備和輔助作業時間，充分發揮給水主裝備的作業能力，完善了給水保障手段，提高了作業水平。

4 使用效果

2008年6月～2010年10月該快速造漿機在寧夏多家水井施工單位使用均取得了較好的社會經濟效益。如2008年6月至9月在銀川興盛打井隊7眼水井的施工中使用;2009年3月至5月在銀川興盈鉆井工程有限公司6眼水井作業施工使用;2010年7月至9月蘭州軍區聯勤部銀川鉆井隊在寧南地區水井鉆掘施工中使用。較好地解決了鉆井施工中泥漿配制的難題，改變了鉆井施工中泥漿配制以浸泡和機械攪拌為主的現狀，縮短了作業準備和輔助作業時間，提高了泥漿的配制速度和質量，充分發揮了車載式鉆機機動性強，作業率高的優勢，同時也減少了孔內事故的發生，提高了鉆井施工效率和作業水平，具有較高的社會經濟效益。

該設備在我部承擔的“百井支民富農工程”施工中使用，如2008、2009年，分別在鉆井三連和四連施工的興仁、陶樂等地，2010年某訓練基地供水井、石嘴山市惠農區紅果子工業園區水源地供水井等鉆井施工中配合多種車載鉆機（圖4），如SPC-300S、SPC-600T鉆機使用，各項技術指標均達到了設計要求。

圖4 快速造漿機現場使用

5 結語

野戰鉆井快速造漿機的泥漿配制思路和方法相對于傳統的黃土浸泡攪拌的配制方法，在泥漿配制效率、時間和成本上有很大突破，具有較高的軍事、經濟和社會效益。該設備的研制成功不僅可解決水井施工鉆井用泥漿配制的難題，也可廣泛應用于工程地質、樁基、煤炭等鉆井施工領域中，具有廣闊的推廣應用前景。

［1］ 張學強，鄢泰寧.旋流除砂機理研究及自動旋流除砂器的開發［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2008，35（11）:34-36.

［2］ 張聯庫，劉曉陽，崔秦蜀.CS-250型除砂機的研制與開發［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2007，34（S1）:77.

Development of Rapid Mud-making Machine for Field Drilling

LV Guang-hui1，ZI Bing2，WU Ping-sheng1，HE Lixin3（1.Unit 68612，PLA，Yinchuan Ningxia 750021，China;2.Ningxia Institute of Geo-engineering，Yinchuan Ningxia 750021，China;3.Unit 91053，PLA，Beijing 100070，China）

With the rapid development of drilling equipment for water supply troops in recent years，the automation and construction efficiency are greatly improved，so the original mud preparation equipment and the process with long preparation period should be improved.According to the water well construction characteristics in northwest，loess block features and the practical situation of construction，a new rapid mud-making machine was developed.The paper introduced the machine about its working principle，structure characteristics and the good effects in application.

water well construction;mud preparation;rapid mud preparation;mud-making machine

P634.3

A

1672-7428（2012）01-0018-03

2011-04-28;

2011-07-20

呂光輝（1971-），男（漢族），山東人，中國人民解放軍68612部隊技術室中校、工程師，探礦工程專業，從事野戰給水及鉆探設備的研究與開發工作，寧夏銀川市懷遠西路503號，lgha-91811@163.com。