浅谈凿井施工中泥浆的测定和配制及调整

陈爱明

0 引言

在凿井施工中，泥浆作为凿井的主要介质，对工程质量和进度具有重要作用。泥浆是微小的粘土颗粒在水中的分散，并与水混合形成半胶体的悬浮溶液，它在凿井施工中所起的作用是多方面的，如固壁作用、润滑作用、冷却作用、堵漏作用以及携砂作用等。在多年的实践过程中，由于泥浆的使用不当，对工程质量造成很大损失，如:井孔坍塌、埋钻、卡钻等事故。为此必须采取适当的措施来避免事故的发生。

1 泥浆性能指标的测定

1.1 相对密度(比重)的测定

在一般破碎的涌水地层中钻进，泥浆相对密度可大些，可达1.2～1.4甚至更高;而在孔隙、裂隙等漏水地层钻进可小些，一般在1.1～1.2。现场测定泥浆相对密度的工具为玻璃比重计和500 mL或1 000 mL的玻璃杯量筒。测定的方法是将搅拌均匀的泥浆注入玻璃杯量筒中，再将玻璃比重计放入量筒内，比重计与泥浆液面相交的刻度值，即为泥浆密度值。

1.2 粘度的测定

在钻进砂卵石、粗砂、中砂地层时，泥浆粘度约为18 s～22 s;在钻进细砂、粉砂层时，泥浆粘度约为16 s～18 s。测定粘度野外常用标准粘度计。测量方法是用左手食指堵住漏斗管口，用量杯取700 mL清水注入漏斗内，右手握秒表，放开左手食指的同时开动秒表，使清水流入量杯，当注满500 mL时，立即停秒表，并用食指堵住管口。此时秒表所指的时数应为15 s，则仪器准确，否则仪器不标准。使用不标准的仪器时，泥浆的粘度应按下式换算求得:泥浆粘度s=15 s×500 mL泥浆流出的时间(s)/500 mL清水流出的时间(s)。测定粘度的方法与标定仪器的方法相同。但对欲测的泥浆应过筛，除去杂草及土块，以防堵塞漏斗管口。

1.3 失水量的测定

一般在较稳定地层钻进时，泥浆失水量不应大于25 mL/30 min，泥皮厚度约为3 mm～4 mm。在松散易坍塌或遇水膨胀地层钻进，失水量应小于10 mL/30 min～15 mL/30 min，泥皮厚度约为2 mm。野外常用滤纸法测定。测定时，用一张12 cm×12 cm的滤纸放在水平玻璃板或金属板上，在滤纸的中央部分，先用铅笔划一直径29 mm～30 mm的圆圈，然后将大约2 mL的泥浆滴入圆圈内，记下时间，经过30 min后，用刻度尺测量湿圆圈的直径数，取其平均值，即为泥浆失水量。

2 泥浆的配制

农用机井施工用泥浆，多数是粘土以小颗粒状态分散在水中所形成的溶胶悬浮体。

配制泥浆用水，应为淡水。配制泥浆用的粘土，应为含砂量少、致密细腻、可塑性强、遇水易散、吸水膨胀。

2.1 泥浆的配制方法

配制泥浆，应事先将所用粘土晒干捣碎，用水把粘土浸泡1 h～2 h，若用人力反复搅拌，并根据情况加水，直至达到要求;用机器搅拌时，先将搅拌机内倒入适量清水，开动搅拌机，再将晒干砸碎的粘土按需要量分次倒入搅拌机内搅拌，达到要求指标后，即放入泥浆池。

配制泥浆，加入粘土数量可用下式求得:P=γ1(γ-γ2)/(γ1-γ2)。其中，P为配制1 m3泥浆加入粘土数量，t;γ为所需泥浆的密度，g/cm3;γ1为粘土的密度，g/cm3;γ2为水的密度，g/cm3。

2.2 自然造浆

农用机井在第四纪松散地层施工，一般多采用清水钻进，在钻进中形成自然泥浆，这种泥浆可以携带岩屑，净化孔底，并借助厂泥浆柱的压力稳定孔壁，防止坍塌。在利用自然泥浆时，应及时掌握地层变化，必要时，应调整泥浆指标，以满足钻进的需要。

3 实践中泥浆的几个主要性能调整方法

3.1 粘度和静切力的调整

在钻进中因地层岩性条件不同，对泥浆粘度和静切力要求不同。如在正常地层中钻进、粘度和静切力应保持在最低限度值;而在漏失地层中钻进，则应提高粘度和静切力。

3.1.1 降低泥浆粘度和静切力

1)加入清水稀释泥浆，可使泥浆中的粘土颗粒浓度降低，以达到降低粘度和静切力的目的。但应指出，加入清水后会增加泥浆的失水量。

2)加入稀泥浆来降低稠泥浆中的粘土颗粒浓度，以达到降低粘度和静切力的目的。

3)用化学沉淀方法，清除高价的阳离子来降低泥浆粘度和静切力。如加Na2CO3等电解质，可将泥浆中的Ca2+，Mg2+等高价离子凝结沉淀，达到降低的目的。但应控制Na2CO3的用量，否则会得到相反效果。

4)在泥浆中加入有机降粘剂，如煤碱剂、单宁碱剂、铁铬盐等。

3.1.2 提高泥浆粘度的静切力

1)增加泥浆中粘土的含量。2)新配制的泥浆中可加入适量的Na2CO3或NaOH来提高粘土颗粒的分散度。3)泥浆粘度和静切力偏低是因为稳定剂浓度过高而引起的，调整办法是加入未经处理的新泥浆，来降低稳定剂浓度而达到提高的目的。4)加入野生植物胶等来提高泥浆粘度。5)在泥浆失水量不大的情况下，可加入适量的石灰乳、水泥浆、食盐等来提高粘度和静切力。

3.2 失水量的调整

根据对泥浆失水量分析，影响失水量的因素有泥浆中胶质颗粒浓度，粘土颗粒水化程度及泥皮的性质等因素。因此，要降低泥浆失水量就必须提高泥浆中胶质颗粒浓度和粘土颗粒水化程度，以提高泥皮的致密性。解决的途径是提高和改善粘土颗粒表面的亲水性。

1)加入适量的Na2CO3或NaOH处理多钙的粘土，以改变粘土颗粒表面的性质，提高粘土水化分散程度，降低泥浆失水量，这是钻探中最常用的方法。

2)加入有机质及高分子降失水剂，降低泥浆失水量。常用的处理剂有煤碱剂、野生植物胶等。

3.3 泥浆比重的调整

在高压含水层或易坍塌地层中钻进时，必须选用比重大的泥浆，以平衡地层的压力，保证钻进安全。提高泥浆比重，可加入加重剂进行处理，一般采用重晶石粉(BaSO4)。该粉比重为4.5，硬度较小，对水泵磨损性较小，是一种比较理想的加重剂。所需加重剂的用量，可按下式计算:

其中，P为配制1 m3泥浆加重剂数量，t;γ为加重剂的比重，g/cm3;γ1为加重前的泥浆比重，为粘土的密度，g/cm3;γ2为加重后的泥浆比重，g/cm3。

3.4 调节处理泥浆性能必须遵守的原则

1)调整泥浆某一性能指标时，必须注意其他性能指标的变化。

2)处理剂的配方和用量，必须根据地层和所用泥浆的具体条件通过试验来确定，不可照搬外地经验和书本条文。

3)根据钻进地层岩性和所用泥浆的具体条件，选择处理剂，所选的处理剂必须符合效果好、用量少、成本低、配制方便和易于掌握。

总之，在凿井施工中，对泥浆的配制调整要十分重视，不可掉以轻心，要针对不同的地层结构特点，采取不同的配制方法和不同的泥浆处理方法，从而达到高速优质钻进的目的。

[1]《水文地质手册》编写组.水文地质手册[M］.北京:地质出版社，1980.

[2]赵尔慧.农用机井设计与管理[M］.北京:水利电力出版社，1987.