泥漿性能指標要求的探討

■李學瑞 ■中鐵二十五局集團有限公司西北分公司，陜西 西安 710048

在鉆探過程中，隨著孔內情況的變化，泥漿的性能也會隨之產生變化，在泥漿性能無法適應地層的巖性要求時，為了避免出現孔內事故，需要及時調整泥漿性能。為了可以更好的完成鉆探工作，要提高泥漿處理工作的重視度，保證鉆進過程中，泥漿性能可以適應各種地層，并盡可能降低外界因素破壞泥漿性能。在實際應用的過程中，由于一些指標存在概念模糊的情況，無法達到施工要求，因此，在鉆探施工中，充分了解泥漿的性能指標要求，是調整泥漿的性能的基礎。

1 科學鉆探過程中對泥漿的基本要求

1．1 鉆井工程中對泥漿的基本要求

站在技術的角度來說，泥漿要具有下面的特征和功能:(1)要可以將鉆屑從井中帶到地表;(2)要可以對井中的壓力進行控制，避免出現因泥漿密度導致井壁坍塌的情況;(3)泥漿循環停止時，鉆屑懸浮;(4)對鉆桿和鉆頭進行潤滑、降溫;(5)可以在地表對鉆屑進行分離;(6)要可以在井壁的四周形成一層對井壁進行保護的泥皮;(7)不對鉆井工具和鉆井系統造成損害;(8)可以抵消套管柱和鉆柱的一部分重力;(9)可以進行固相控制，不對環境造成污染，具有穩定的PH值。

1．2 地學研究中對泥漿的基本要求

在進行鉆探的過程中，選用的泥漿不允許干擾測井數據、巖心數據、孔內流體分析數據和泥漿錄井數據，在地學研究過程中，泥漿要達到以下幾個方面的要求:(1)要盡可能降低泥漿罐中泥漿的巖粉和鉆屑;(2)要可以從鉆巖中得到最多的信息;(3)巖粉、鉆屑、可溶性氣體、地層流體不允許產生化學反應;(4)為了降低泥漿中的礦物質材料對鉆探地層造成污染，泥漿要為低固定相和無固相;(5)泥漿要可以保證地球化學探測其他含量和流體的入流位置，此外，還要分析溶解到泥漿中的氣體和正負離子的半連續化。

2 對泥漿粘度的要求

在鉆探工程中，泥漿粘度是對泥漿流動難易程度進行控制的主要指標，充分將泥漿流動過程中，內部產生摩擦阻力的大小反映出來。在泥漿流動的過程中，和流速方向單位距離兩層間流速垂直的增加叫做流速梯度，泥漿層間單位面積上受到的內摩擦力叫做剪切應力。因為泥漿顆粒之間有內摩擦力存在，網狀結構的變形、形成和破壞也會影響泥漿的粘度［1］。所以，可以將高固相泥漿含量當作塑性流體，利用塑性粘度、表觀粘度、動力等對其進行表示。其中表觀粘度指由結構粘度和素心粘度構成，塑性粘度主要對泥漿網狀結構處低平衡穩定狀態造成破壞和恢復的固體顆粒、液體顆粒之間所產生的摩擦力，表觀粘度會在泥漿流速梯度產生變化時發生變化。

理論上來說，泥漿的塑性粘度可以使用旋轉粘度計、毛細管粘度計等可以記錄應力流速變化的儀器進行測定，但是由于毛線管粘度計存在比較大的測錄誤差，而利用旋轉粘度計測定的泥漿塑性粘度準確的更高。在實際工程應用中，一般使用俄式漏斗粘度計進行測量，在實際測量的過程中，分別使用量杯取500mL和200mL泥漿，然后讓泥漿從漏斗中流出，當500mL的量杯流滿所花費的時間就為測定泥漿的表觀粘度。在進行鉆孔時，要根據地層和泥漿的循環方式確定泥漿的相對粘度，通常情況下反循環鉆進為16～20s，正循環鉆進所花費的時間為18～23s。使用清水對粘度計的準確性進行矯正，用水對泥漿進行替換，如果清水的時間是15秒就準確。如果和此標準不符合，那么需要進行修理或者更換新的測量工具。

3 泥漿所占比重的要求

在鉆探施工中，對泥漿所占比例進行控制是保證井中液柱壓力平衡的一個主要措施。通常情況下，泥漿的比重越低，鉆進施工的速度就越快，對應高壓成、坍塌層這些地質環境相對復雜的地層，為了避免出現事故，確保鉆進工程的順利實行，就需要根據具體的情況對泥漿的比重進行增加。為了保證泥漿性能指標達到要求，要對泥漿進行測量。在測量的過程中，在泥漿杯中倒滿需要測量的泥漿，然后，將杯蓋蓋上，利用清水對被子外側的贓物和溢漿進行清理，擦干清水后，在支座支點處放入道口，然后對游碼進行調節，使刻度尺上的水平泡保持在中間，然后將游碼上的刻度讀出來，此數據就為泥漿所占的比重。使用清水對比重計進行矯正，按照以上要求重新進行一層操作，測得的數值如果等于1，就證明儀器和要求一致，過高或過低都需要調整儀器，直到清水比重調整為1才為準確。

4 泥漿的泥拼厚度、失水量、PH值的要求

由于地層和泥漿井內液柱之間存在著一定的壓力差，因此，可以使漿液中的水分滲入到孔壁中，造成泥漿中的一部分自由水流失，在失水后，一些粘土顆粒就會在井壁附著，產生泥皮。通常泥漿失水越嚴重，泥餅的厚度就越高。為了保證泥漿指標達到要求，需要使用專業的儀器進行測量，一般使用氣壓失水儀和油壓失水儀進行測量。

在測量的時候，首先打開測量儀的下蓋，然后在濾板上放入潤濕的濾紙，并將下蓋蓋緊。接著將泥漿導入，不宜導入過滿，一般流程1～2mm左右，將蓋子蓋上，絲杠旋緊，使用打氣筒將大氣壓打入［2］。測量過程中，如果氣壓降低，要進行補打氣，使其保持在一個大氣壓的狀態，測試幾分鐘后，將玻璃盆筒中的濾液體積乘以四，即得出泥漿的失水量。將濾板取出，然后使用清水輕輕的將濾板上的泥沖掉，并利用鋼板尺對泥并的厚度測量，測量出厚度數值后，用數值乘以二就可以得到泥餅的具體厚度。通過測量失水的濾液測出泥漿的的PH值，在濾液中放入PH值測試試紙，并將濾紙的變色情況和標準色譜進行比較，得出PH值。

5 對不符合性能標準的泥漿進行處理的相關措施

在實際鉆進的過程中，受到井溫升高和巖屑混入的影響，泥漿的性能會產生比較大的變化。為了將泥漿控制在規定的標準中，保證施工的順利開展，需要在泥漿中加入藥劑，一般常用的藥劑主要有燒堿、純堿、單寧酸、石灰等。

5．1 提高泥漿切力和粘度的方法

一般按照1∶1的比例在泥漿中加入烤膠和純堿，從而增加泥漿的切力和粘度，然后在泥漿中加入CMS，提高泥漿的切力和粘度，再加入水玻璃和芒硝，使泥漿的切力和粘度迅速增加。如果在泥漿中加入石灰，可以使泥漿粘度絮凝，進而提高泥漿的切力和粘度，需要注意的是，如果再使用純堿加入到這類泥漿中，會導致泥漿的切力和粘度快速降低。一般對于泥漿粘度比較低，需要防止井壁出現坍塌時，采用加入純堿和栲膠或者加入CMS、芒硝和、水玻璃的方法比較適用。而絮凝的方法如果配入纖維物后效果會更好，而且可以起到良好的堵漏和防滲效果。

5．2 降低泥漿切力、粘度和失水的方法

雖然直接在泥漿中加入水，可以達到降低泥漿切力和粘度的目的，但是這種方法不能起到控制失水的效果，因此要使用稀釋劑進行處理。一般情況下，使用的稀釋劑主要為栲膠堿液和單寧酸鈉。栲膠堿液和單寧酸鈉按照一定的比例和水進行混合，然后使用水將其沖成110或15的濃度進行使用，通常加量控制在0．2～0．5%之間。如果泥漿中含有鈣、鎂等離子時，在水中加入一定量的純堿也可以有效降低泥漿的切力、粘度，達到控制失水的目的。需要注意的是，不要加入過多的純堿，避免產生反作用。另外，羧甲基纖維素也可以達到控制失水的目的，加入的越多，失水量就會下降的越多，但是切力和粘度會隨之增加。

6 結論

總而言之，在鉆探施工中，如果使用的泥漿性能達不到規定要求，很容易影響孔壁的穩定性，降低成孔效率，甚至會導致泥漿漏失、埋鉆、塌孔的情況出現。所以，要充分了解并掌握泥漿的性能要求，必要時采取相應的處理措施，保證鉆孔可以達到設計要求，提升施工效率。

［1］任憲忠．泥漿比重對鉆孔灌注樁質量的影響分析［J］．內蒙古石油化工，2010，(19):184-185．

［2］熊茂平．泥漿性能對超深大直徑灌注樁成孔效率與成樁質量的分析［J］．施工技術，2005，(01):78-79．