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1、典型地层泥浆配方举例,谷穗,泥浆配方举例,砂、砾层中使用的泥浆土层、泥页岩中使用的泥浆 溶蚀性地层泥浆 硬岩钻进用泥浆充气低密度泥浆（自学）其它泥浆（自学）,一、砂、砾层中使用的泥浆,在砂层、砾石、卵石以及破碎带地层中钻进，成孔的难度很大。这类地层称为机械分散地层。由于颗粒之间缺乏胶结，钻进时井壁很容易坍塌。对于这类地层用泥浆护壁，解决问题的关键是增加井壁颗粒之间的胶结力。粘性较大的泥浆适当渗入井壁地层中，可以明显增强砂、砾之间的胶结力，以此使井壁的稳定性增强。,提高泥浆粘度，主要通过使用细分散泥浆，通过增加泥浆中的粘土含量，再加入提粘剂、降失水剂和防絮凝剂（稀释剂）。依所加处理剂的不同，可有
2、不同种类，如钠羧甲基纤维素泥浆、铁铬盐泥浆、木质素磺酸盐泥浆、腐植酸泥浆和LG植物胶泥浆等。详见教材P110111。,Na-CMC（钠羧甲基纤维素）泥浆,这是一种最普通的提粘型泥浆，Na-CMC起进一步提粘和降失水作用。在煤田勘探、固体矿床勘探、水井（地热井）等地质勘探领域使用极为广泛。配方：1m3水，优质造浆粘土6080kg，纯碱35Kg，Na-CMC 1020kg左右。泥浆性能：比重1.031.07，粘度2535s，失水量小于12ml/30min，pH值约9.5。,工程实例1北京市亦庄经济开发区非开挖定向钻进铺设燃气钢管工程,施工地段为粉质砂土、细砂、中砂为主，结构较为松散，机械开挖后基本
3、无法成型，为易坍塌地层。泥浆对策：基浆Insta-Vis TM plus（万用王）液体聚合物，马氏漏斗粘度达到3540s，密度要求在1.30g/cm3。,杭州钱塘江天然气管道穿越项目位于钱塘江河段，东段位于杭州市萧山区，西段位于杭州市与海宁市的交界处。穿越总长度2454.15米，主管道规格为81315.9mm，钢管材质为L450，设计压力为6.3MPa。,工程实例2 钱塘江定向钻穿越铺管工程,现场照片,DD-1330 钻机,施工地段从上到下依次为素填土、砂质粘土、粉砂、粉细砂、粉砂夹粉质粘土、粉砂粘土、淤泥质粉砂粘土。由于穿越地层孔壁稳定性较差，易坍孔，且中部的淤泥质粉质粘土土性软，承载性质差
4、，易缩径。泥浆对策：6%土+1 Na2CO3+1NaOH+3CMC+0.3润滑剂（或万用王），马氏漏斗粘度控制在6080s，密度1.06g/cm3。该工程已于2007年3月初竣工。,工程实例3 武汉天兴洲长江穿越铺管工程,由中石油穿越公司承建的西气东输长距离非开挖水平定向大型穿越长江钻进工程，全长1920m，扩孔直径1.2m，铺管直径711mm，管材为高强PE钢复合管，于今年5月4日凌晨从武昌南岸到天兴洲北岸成功铺管。,依次穿越地层：人工填土层，新近湖积层，一般性粘土层，淤泥质土，砂土，粉细砂等。扩孔泥浆配方：7青山现场土4（土重）纯碱0.4CMC0.4LG0.03XC。主要性能指标：马氏漏斗
5、粘度是5070s，失水量是11.5ml。,二、土层、泥页岩中使用的泥浆,在粘土、泥页岩中钻进，突出问题之一是钻井井壁的遇水膨胀、缩径，甚至流散、垮孔。其原因是粘土、泥页岩中存在着大量的粘土矿物，尤其是蒙脱石粘土矿物的存在，使井壁粘土接触到钻井液中的水时，即发生粘土的吸水、膨胀、分散。这样的地层又称之为水敏性地层。,原理要点，教材P111P116。,选优质土；采取“粗分散”方法；添加降失水剂；提高基液粘度；调整泥浆比重，平衡地层压力；利用特殊离子对地层的“钝化”作用；利用大分子链网在井壁上的隔膜作用；利用微颗粒的堵塞作用；,主要泥浆类型,（一）钙处理泥浆：1、石膏铁铬盐泥浆 2、氯化钙褐煤泥浆（
6、二）钾基泥浆：1、PAM-KCl泥浆 2、分散型氯化钾泥浆 3、氢氧化钾-褐煤泥浆 4、氢氧化钾-磺酸盐泥浆 5、铝钾泥浆（三）乳化沥青泥浆：1、用苛性钠皂化法 2、用粘土粉制沥青膏 3.、用乳化剂制备乳化沥青（四）油基泥浆（五）有机阳离子聚合物泥浆（六）LG植物胶泥浆体系,PAM-KCl 泥浆,用无机盐KCl为离子交换型抑制剂，抑制粘土的膨胀，用絮凝型聚合物处理泥浆，聚合物吸附在井壁上，以包膜原理阻止水的渗入而维持井壁稳定，属非分散型钾基泥浆。配方：在1m3经碱处理的基浆中，加入水解度为30%的PAM 2Kg，KCl加量为4Kg左右。,工程实例4河南省驻马店煤田钻探工程,自上而下地层分布为第
7、四系粉砂质粘土、砂砾石层、粘土层、第三系杂色粘土、砂砾石层、下部为红砂岩及胶结性不好的卵砾石层、泥岩、粉砂岩、灰岩及炭岩。第三、第四系厚度达700m左右，极易遇到缩径、超径、坍塌和掉块等孔内复杂情况。,当钻孔施工至401m时，发生孔内事故，在270.15m处钻杆折断;250m290m段的孔径已超过250mm;170m210m段出现严重缩径，钻孔报废。粘度、滤失量（2538ml）过大。,岩样浸泡实验,现场小样试验,图6-7 LG植物胶的预水化,泥浆对策,400m以上地层大部分为造浆良好的粘土层，因此调浆时采用添加胶液的方式，即清水Na2CO3LG植物胶CMC；进入砂岩层及卵砾石层后，地层中造浆土
8、性能下降，采用补给钻井液方式，即清水膨润土Na2CO3LG植物胶CMC。典型钻井液性能参数为：表观粘度25 mPas，塑性粘度15 mPas，动切力10 Pa，API失水量15ml以内，pH值在8左右。,该孔采用LG植物胶钻井液体系后，效果非常好。在厚达700m的第三、第四系地层的施工中，未出现缩径、超径、坍塌、掉块现象，岩心采取率高，钻孔垂直度好，起下钻顺利，钻具接头处未发现“刮泥”现象。进入卵石层泥皮松散且厚度增加，但每次替浆后泥皮质量均有提高。现该孔已顺利竣工。,工程实例5武汉市鲁磨路非开挖铺管工程,欲穿越的地层为粘土夹砂土和杂填土，属强水敏性和松散性地层。原有地下管网复杂，钻孔轨迹必须
9、为精确的S形曲线。设计100mm导向孔之后进行两级反拉扩孔（250mm、380mm），最后进行反拉铺管。泥浆配方：1m3水20kgLG植物胶，苏式漏斗粘度20s。,工程实例6武汉市工业四路非开挖铺管工程,该工程位于武汉市青山区工业四路，由于铺设250mm的PE煤气管道，采用Case 6060型水平定向钻机，整个非开挖工程分4段进行，累计铺管总长近1200m。穿越地层：流塑性地层，水敏性强，容易发生蠕变，极易导致缩径。,泥浆对策,采用“膨润土纯碱LGXC”四合一体系，苏式漏斗粘度控制在22s左右，并充分发挥了LG植物胶良好的护壁和润滑作用，顺利的完成了工程任务。,工程实例7松科1井（1200m以
10、深）,二开后段钻遇砂岩、水敏性泥岩和硬脆性泥岩，两者互层频繁。,灰色和棕色泥岩,灰黑色泥岩,砂岩,泥浆对策,在二开后段，采用了DFD-NH4HPAN-SAKH钻井液体系，在二开前段钻井液配方中加入降滤失剂SAKH、流型调节剂NH4HPAN和加重剂BaSO4，控制钻井液滤失量、改善流动性和增加密度。一直到二开完井，钻井液性能非常稳定，并不断得到改善。典型配方是：水+5%膨润土（大庆产）+1%Na2CO3+1.25%KOH+1.25%DFD+0.625%CMC+0.01%PAM+2.5%SAKH+1.25%NH4HPAN+10%BaSO4。,典型性能参数是：密度1.141.16 g/cm3，粘度2
11、540s，滤失量46ml，动切力510Pa，静切力13Pa/810Pa。二开至完钻裸眼提下钻具295回次，从未发生水敏地层膨胀缩径，与脆性地层掉块导致钻具遇阻与卡钻，完井后井中物探无任何险情，一次性成功。,三、溶蚀性地层泥浆,溶蚀性地层以氯化钠盐层最为典型，其他还有钾盐、石膏、芒硝、天然碱等。这类地层又称为水溶性地层，它遇到钻井液中的水，就会发生溶解，使钻井井壁溶蚀掉，其结果经常导致井眼超径、垮塌。对付水溶性地层，主要从两方面入手解决：一是降失水，其原理和方法前面已经介绍过；二是降低钻井液对地层的溶蚀性。在泥浆中加入与地层被溶物相同的物质，使溶解度趋于饱和，就是常用的治理溶蚀的方法。例如在岩盐
12、中钻进，采用盐水泥浆作为钻井液，防塌效果良好。,盐水泥浆是粘土悬浮液中氯化钠含量大于1%，或用咸水（海水）配制的泥浆，它是靠氯化钠的含量较大而促使粘土颗粒适度聚结并用有机保护胶维持此适度聚结的稳定粗分散泥浆体系。盐水泥浆的粘度低，切力小，流动性好，抗盐侵，抑制岩盐地层的溶解，抗粘土侵的能力强，抑制泥页岩水化膨胀，坍塌和剥落的效果好。,盐水泥浆的配制,先用淡水制备分散性泥浆，然后加盐转化为盐水泥浆；其二是直接用咸水或海水配制泥浆。前一种情况相当于盐侵后泥浆的处理，容易配制；后一种情况，由于膨润土和普通粘土在盐水中不易分散，故配浆困难。为此，对于用盐水或海水直接配浆，宜用抗盐粘土如凹凸棒土、海泡土
13、等。,NaCl对淡水泥浆性能的影响,1-粘度；2-切力；3-失水量；4-pH值基浆：用5%丹宁酸钠处理的普通粘土泥浆）,随着NaCl加入量的增加，泥浆中Na+增多，这样粘土吸附层中阳离子数目增多，由此电位下降，扩散层厚度减小，泥浆由细分散向聚结方向转变，水化膜变薄，粘土颗粒间形成聚结结构，因而粘度、切力上升，由于聚结，水化膜变薄，自由水增多，失水量也上升。当NaCl超过某一值时如为3%左右），粘土颗粒聚结明显，分散度下降，致使粘度切力下降，失水量继续上升。,典型配方1普通盐水钻井液,典型配方2饱和盐水钻井液,工程实例8山东钾盐矿床钻探,我国山东钾盐矿床钻探时，在930m至2500m处遇到白垩系
14、石盐岩、钙芒硝夹泥质粉砂岩，石膏等地层；使用的饱和盐水混油乳化泥浆，其组成是：1m3泥浆CMC25kgOP型乳化剂4.5kg十二烷基磺酸钠4.5kg皂脚10kg洗衣粉2.5kgNaCl 325kg柴油53kg废机油5kg。泥浆性能为比重1.21，漏斗粘度34s，失水量4.4ml，泥皮0.3mm，塑性粘度21mPas，动切力2.75Pa，pH值8。,工程实例9广东某盐矿对接井,根据设计要求，在距离含盐段100m左右将淡水泥浆转换为盐水泥浆。配浆材料主要为CMC、Na-HPAN、K-HPAN、Na2CO3、NaOH、FA-367、XY-27、PHP、固体盐、卤水等。根据小样实验结果，按比例进行配制
15、，累计用3吨Na-HPAN、100kg FA-367：100kg XY-27、1吨K-HPAN、12吨盐、100余方卤水典型泥浆性能为：马氏漏斗粘度30-35s、比重、失 水 量6-10ml、泥皮厚、pH 值9-11、波美度22-26（表征钻井液是否饱和的参数，大于等于23时为饱和）。,四、硬岩钻进液,坚硬的岩石是钻进经常遇到的地层，像花岗岩、石英岩、榴辉岩、片麻岩、闪长岩等属于非常坚硬的岩石，像大理岩、白云岩、千枚岩、板岩、密实的泥页岩等中等硬度的岩石也比粘土和砂、砾要硬得多。,对于钻进而言，坚硬岩石有以下特点：由于岩石坚硬，钻进时破碎岩石所需要的消耗大，进尺慢，钻头磨损厉害，容易烧钻，这对
16、钻进是不利之处。硬岩中钻进多见于地质勘探孔等情况，此时一般孔径较小（小于150mm），而孔深则较大（可达1000m以上），因此泥浆的循环阻力大。钻进坚硬岩石形成的井壁相对稳定，除了遇到较大的地层破碎带，一般情况下不易发生像土层、泥页岩和砂砾层那样的严重坍塌垮孔。由于硬岩钻进多采用像金刚石钻头这样的磨削方式碎岩，钻屑颗粒细小，因而悬排钻屑较为容易。,硬岩地层泥浆配制要点,针对以上特点，对硬岩钻进泥浆的设计应侧重于增强泥浆的润滑性和冷却性，减少泥浆的流动阻力，减少固相含量以利于提高钻速；而对泥浆的悬排能力和护壁性往往要求不高。例如聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆（自学）,乳状液的配方,水：油：乳化剂10
17、00：10：1油：机油与柴油混合乳化剂：十二烷基苯磺酸钠、OP10等,工程实例7中国大陆科学钻探工程,中国大陆科学钻探工程（CCSD）科钻一井于2001年6月25日开钻，2005年4月18日正式停工，现场钻探施工历时1395天，终孔孔深5158 m。科钻一井所钻岩层为可钻性级别79级和部分石英含量较高的层段达1011级的榴辉岩与片麻岩，岩石密度大、硬度高、研磨性强。,泥浆对策,根据科钻一井钻井工艺对泥浆的要求，专门研制了用于科学钻探的复合泥浆材料LBM-SD。该泥浆材料的主要成份是 LPA与人工钠土混炼而成。采用LBM-SD配制的泥浆是一种非增效型选择性絮凝低固相泥浆体系，具有较强的抗盐、抗钙
18、镁和抗温能力，表现出低固相、低失水、低粘和低切力的特性。,与LBM-SD泥浆体系具有良好的配伍性的GLUB润滑剂能显著改善钻具的使用工况，减少钻具和岩心的磨损，大幅度提高钻进效率；该泥浆体系是保障深井螺杆马达液动锤取心工艺的关键配套技术。,取心钻进泥浆性能参数,基浆：3%LBM-SD密度：1.061.08 g/cm3漏斗粘度：3540 s含砂量：0.1%API失水量：1520 ml初切力：0.51.0 Pa终切力：12 PaFann粘度 600：1620 100：46,扩孔阶段泥浆性能参数,Fann 600 r/min读数：3540；泥浆密度：1.101.20 g/cm3；API失水：20 mlpH值:910初切力：12 Pa终切力：1012 Pa,
