泥漿配比實用培訓資料

1、饒秋生申金生仲國建筑技術集團有限公司鄭州分公司，鄭州450053 )摘 要：水平定向穿越對不同地質情況施工中，泥漿配置工作對穿越成功起到至關重要的作用。本文通過在不同地質中的施工經驗，總結一些提供給同行，共同學習。關鍵詞：水平定向鉆進、泥漿配置水平定向鉆進已廣泛應用于市政、通信中管線穿越。施工的孔徑越來越大， 穿越長度越來越長，鉆越不同地質的情況也越來越多。鉆進中的成孔率和孔洞的穩(wěn)定性對泥漿的配置質量要求越來越高。本文對水平鉆進中泥漿配置的適應性作詳細分析。1泥漿的分類及性能1.1分類中國膨潤土礦資源非常豐富，既有鈣基膨潤土，又有鈉基膨潤土，此外還有氫基、鋁基、鈉鈣基和未分類的膨潤土。膨潤土(

2、Be nton ite) 又稱膨土巖等，是以蒙脫石 (也稱微晶高嶺石、膠嶺石)為主要成分的粘土巖一蒙脫石粘土巖，常含少量伊利石、高嶺石及沸石、長石、方解Nax(H2O)4(AI2 按蒙脫石所含可交換(堿性土)、鈣基膨潤土鈣鎂基等膨潤土。 堿性石等。蒙脫石為少量堿及堿土金屬的含水鋁硅酸鹽礦物，其化學式為 xMg0.)Si4O10(OH)2。由于蒙脫石層間水和層間可交換陽離子存在, 陽離子種類、含量和結晶化學性質等，可將膨潤土劃分為鈉基膨潤土(堿性土)和天然漂白土(酸性土)三種。其中鈣基膨潤土包括鈣鈉基、土的主要交換陽離子為Na+(和K+),堿性系數(shù)大于或等于 1,堿性土主要交換陽離子為Ca2+、

3、Na+或 Ca2+、Mg2+等,堿性系數(shù)小于1，酸性土主要交換陽離子為H+(Al3+)。1.2性能1) 物理性質膨潤土一般為白色，淡黃，因其含鐵量不同又呈淺灰、淡綠粉紅、褐紅、黑雜等色。膨潤土有的松散如土，也有的致密堅硬。2) 化學組成膨潤土的主要化學組分是二氧化硅 (SiO2),三氧化二鋁(Al2O3)和水(H2O。氧化鐵和氧化 鎂含量有時也較高，鈣、鈉、鉀等常以不同含量存在于膨潤土中。膨潤土中的Na2O和CaO含量對膨潤土的物理化學性能和工藝技術性能影響頗大。3) 理化性能膨潤土具有極強的吸濕性，吸水后膨脹，膨脹數(shù)可達30倍。在水介質中能分散呈膠體懸浮液，這種懸浮液具有一定的粘滯性、觸變性

4、和潤滑性。它和水、泥或砂等細碎屑物質的摻合物有可塑性和粘結性。有較強的陽離子交換能力。對各種氣體、液體、 有機物質有一定的吸附能力，最大吸附量可達 5倍于它的重量，具有表面活性的酸性漂白土能吸附有色物質。膨潤土的理化性能主要取決于它所含的蒙脫石種類和含量。一般鈉基膨潤土較之鈣基或鎂基膨潤土的物理化學性質和工藝技術性能優(yōu)越。主要表現(xiàn)在：吸水速度慢，但吸水率和膨脹倍數(shù)大；陽離子交換量高；在水介質中分散性好，膠質價高；它的膠體懸浮液觸變性、粘度、潤滑性好，PH值高；熱穩(wěn)定性好；有較高的可塑性和較強的粘結性；熱濕拉強度和干壓強 度高。所以鈉基膨潤土的使用價值和經濟價值較高。2泥漿的檢驗方法測量泥漿密度

5、的儀器目前用得最多的是密度秤。測量時，將泥漿裝滿于泥漿杯中，加蓋后使多余的泥漿從杯蓋中心孔溢出。擦干泥漿杯表面后， 將杠桿放在支架上 （主刀口坐在主刀墊上）。移動游碼，使杠桿成水平狀態(tài)（水平泡位于中央）。讀出游碼左側的刻度，即為泥漿 的密度值。測量泥漿密度前，先用清水對儀器進行校正。如讀數(shù)不在1.0處，可用增減裝在杠桿右端小盒中的金屬顆粒來調節(jié)。泥漿的密度是指泥漿的重量與規(guī)定體積水的重量之比。施工中現(xiàn)場測定的泥漿密度的大小主要取決于泥漿中造漿粘土重量和鉆屑重量之和。在有外加劑等其他物質加入的時候，外加劑等的重量也須計入。3 泥漿在不同地質條件下的應用及其影響在砂層、礫石、卵石以及破碎帶地層中鉆

6、進，由于顆粒之間缺乏膠結，鉆進時孔壁很容易坍塌，故成孔的難度很大。 對于這類地層用泥漿護壁，解決問題的關鍵是增加孔壁顆粒之間的膠結力。粘性較大的泥漿適當滲入孔壁地層中，可以明顯增強砂、礫之間的膠結力，以此使孔壁的穩(wěn)定性增強。提高泥漿粘度，主要通過使用高分散度泥漿（細分散泥漿）、增加泥漿 中的粘土含量、加入有機或無機增粘劑等措施來實現(xiàn)。細分散泥漿是含鹽量小于1%含鈣量小于120ppm不含抑制性高聚物的分散型泥漿。其組成除粘土、Na2CO3和水外，為了滿足鉆孔需要，往往加有提粘劑、降失水劑和防絮凝劑（稀釋劑）。依所加處理劑的不同，可 有不同種類，如鈉羧甲基纖維素泥漿、鐵鉻鹽泥漿、木質素磺酸鹽泥漿和

7、腐植酸泥漿等。用 較高粘度的細分散泥漿在砂、礫層中鉆進的成功工程很多，包括在流砂地層中鉆進。3.1泥漿對鉆速的影響隨著泥漿密度的增加，鉆速下降，特別是泥漿密度大于1.061.10 g/cm3時，鉆速下降尤為明顯。泥漿的密度相同，粘度愈高則鉆速愈低。3.2泥漿中含砂量對鉆進的影響泥漿中的巖屑含量會給鉆進造成很大的危害。使孔內凈化不好而引起下鉆阻卡，而且可能引起抽吸，壓力激動等，造成漏失或井塌。砂的含量高，孔內沉淀厚。造成孔壁水化崩塌，而 且易引起泥皮脫落造成孔內事故。同時泥沙含量高，對管材、鉆頭、水泵缸套、活塞拉桿磨 損大，使用壽命短。因此，在保證地層壓力平衡的前提下，應盡量降低泥漿密度和含砂量

8、。3.3在軟土地層中泥漿的密度在軟土地層中，泥漿密度過小或鉆進速度過快，都將導致塌孔現(xiàn)象。通常在此土層中泥漿密度保持到1.25g/cm3會更好。4 常見泥漿的配方實例工程中泥漿種類繁多，但根據其化學成分可歸類為以下幾種，其配比方法如下：4.1 Na-CMC （鈉羧甲基纖維素）泥漿該泥漿為最普通的提粘型泥漿，Na-CMC起進一步提粘和降失水作用。配方為：優(yōu)質造漿粘土 150200g，水 1000ml，純堿 5 10Kg, Na-CMC6kg左右。泥漿性能為：密度 1.07 1.1 g/cm3 , 粘度2535s，失水量小于 12ml/30min , pH值約9.5。4.2鐵鉻鹽-Na-CMC泥漿

9、該泥漿提粘且穩(wěn)定性較強，鐵鉻鹽起防絮凝（稀釋）作用。配方為：粘土200g，水1000ml,純堿液50%度加量約20%鐵鉻鹽溶液濃度 20%加量0.5%, Na-CMC0.1%。泥漿性能為：密 度 1.10 g/cm3，粘度 25s，失水量 12ml/30min , pH值 9。4.3木質素磺酸鹽泥漿木質素磺酸鹽取材于亞硫酸紙漿廢液，一般與煤堿劑配合使用，在提粘的基礎上解決泥漿的防絮凝和降失水。配方為1m3泥漿用粘土 100200kg，亞硫酸紙漿廢液 3040kg，煤堿劑1020kg , NaOH 10kg，消泡劑 510kg，水9001000L。泥漿性能為：密度 1.061.20 g/cm3，

10、漏斗粘度1840s，失水量510ml/30min，在鉆進過程中為進一步降失水可升加0.1 0.3kg Na-CMC。4.4腐植酸泥漿腐植酸泥漿是用煤堿劑或腐植酸鈉做穩(wěn)定劑的，它可以與其他處理劑如 Na-CMC等配合使用，制備腐植酸泥漿的配方是 1m3泥漿中加150200kg煤堿劑（干量），35kgNa2CO3 9001000L水。泥漿性能：密度 1.031.20 g/cm3，失水量 410ml/30min , pH值9。5結語在水平鉆進施工過程中，正確適當?shù)哪酀{的配置對穿越起決定性作用。而選用不同密度的泥漿要視具體地質情況而定。水平定向鉆進泥漿配方的研究1前言水平定向鉆進泥漿配方的研究是管理局

11、 2003年重大科技項目 大口徑長輸管道穿越施工技術研究 ”中的重要 組成部分。我國在水平定向鉆進的施工中所應用的泥漿是由膨潤土單組份組成的，存在易產生被鉆的孔洞 塌方、卡鉆問題，造成水平定向鉆進的失敗。針對鉆進中的失敗原因，借鑒石油工業(yè)的鉆井泥漿技術，結 合多變的地表土壤情況和現(xiàn)場施工經驗，研制了水平定向鉆進泥漿配方。本文作者作為本項目的承擔者，對該項目進行了研究，現(xiàn)將項目中水平定向鉆進泥漿配方研究取得的技術 成果進行介紹，供大家進行交流。2功能設計在水平定向鉆進施工中，人們把泥漿比作鉆進的血液，泥漿停止循環(huán)時，鉆進工作就不能繼續(xù)進行。隨著 泥漿技術水平的提高，人們對于泥漿的作用和意義的認識

12、也逐步提高。泥漿的作用和地位更加突出，泥漿 也更加受到普遍的重視。泥漿的主要功能：一是攜帶和懸浮鉆屑。這是泥漿的一個基本功能，就是要把鉆頭（擴孔鉆）破碎的巖（土）屑從孔洞中帶岀孔眼，保持孔洞凈化。其二、穩(wěn)定孔壁?？妆诜€(wěn)定、規(guī)則是優(yōu)質快速鉆進的重要基礎條件，也是泥漿技術措施的基本立足點。其三、冷卻和沖洗鉆頭，清掃孔中（底）巖（土）屑。還有泥漿比重能在比較大的范圍內調節(jié)，以建立與地層壓力相平衡的液柱壓力，防止漏、塌、卡等地下復雜情況?？傊瑧鶕恳淮毋@進的各個階段的地層特點，結構、鉆進措施等具體條件，正確選擇泥漿類型，決定 相應的合理的泥漿措施，達到優(yōu)質快速鉆進的目的。3泥漿配方（1 ）泥漿類型

13、的選擇目前，泥漿基本類型有：水基泥漿、油基泥漿和氣基泥漿。水基泥漿以水為分散介質，其基本組分是黏土、水和化學處理劑；油基泥漿由柴油（或原油）和瀝青（或有機般土）及有關處理劑配成；氣基泥漿氣體的來源于化學法產生，流體是由氣、液兩相或氣、液、固三相組成。根據我們現(xiàn)有的鉆機性能和我國的地質條件，選擇以水為分散介質，由粘土、水和化學處理劑基本組分的 水基泥漿。（2）泥漿的組成 粘土（膨潤土）水平定向鉆進泥漿中的粘土主要由很細（2微米以下）的粘土礦物顆粒組成。它們主要含氧化硅、氧化鋁和水，還有少量的鐵、堿金屬和堿土金屬，粘土礦物的化學成分是含水鋁硅酸鹽。粘土礦物的種類很多， 常見的和對泥漿工藝較為重要的

14、只有四種：高嶺石、伊利石、蒙脫石和海泡石。水平定向鉆進泥漿中的粘 土是以蒙脫石為主的膨潤土（又稱粘土）。 化學處理劑為了保證水平定向鉆進泥漿的穩(wěn)定性和提高泥漿的各種工藝性能，以適應各種情況下的鉆進要求，泥漿中 使用著各種各樣的化學處理劑（泥漿添加劑）。水平定向鉆進泥漿常用的化學處理劑（泥漿添加劑）有：A.純堿；B.防塌劑；C.降失水劑；D.潤滑劑；E.表面活性劑；F.增粘劑；A. 純堿碳酸鈉（Na2CO3 ），又叫蘇打。純堿在水中容易電離和水解，在配制時加入從而有效地改善粘土的水化 分散性能，因此加入適量純堿可使泥漿的失水下降，粘度、切力增大。b. 防塌劑主要有：腐殖酸鉀、瀝青粉、磺化瀝青粉、

15、磺化酚醛樹脂、煤堿液；c. 瀝青粉：具有兩重性，可以用于水基鉆井液中，能增加泥餅的潤滑性，有防粘卡效應，能堵塞泥餅孔隙和調節(jié)泥餅 中固相顆粒之間的粘結力，有降濾失量和防塌作用。d. 聚合物：我們使用的聚合物類為：聚丙烯酰胺（PAM ）;聚合物有絮凝、防塌、剪切三大作用。e. 降失水劑：降失水劑有：鈉羧甲基纖維素（ NaCMC）CMC、聚丙烯腈；f. 潤滑劑：在水平定向鉆進中使用的為極壓潤滑劑、聚氧乙烯、硬脂酸酯、CP -233磺化妥爾油瀝青等。由于潤滑劑分子的親水基吸附在金屬或粘土的表面上，形成一層堅固的化學膜，使接觸面之間的摩擦發(fā)生在親油基之間，它提高了泥漿的潤滑性，從而降低了摩擦力，減少鉆

16、具與泥漿的摩擦，可防止粘附性卡鉆。 水泥漿中的水，我們選擇淡水 pH值控制在7-8。（3）泥漿配方 泥漿配方研究方案的選擇根據地層特點，結構、鉆進措施等具體條件，泥漿配方研究方案分為：A .按地層的特點、結構及土壤分類進行泥漿的配方研究；根據我們現(xiàn)行水平定向鉆進的實際情況，結合我國的地表土壤分布狀況，按地層的特點、結構及土壤分類。選擇具有普遍性、廣泛適用于各類地區(qū)及施工需求的泥漿配方進行研究。土壤的類型可分為：a.粘土型；b.砂土型；c.灰土型；d.風化頁巖型；e.礫石型；f.淤泥型；以上六種土壤是我國地表（距大地表面30m深以上）分布比較普遍和廣泛的，是我們在施工中接觸最多，需要首先解決的泥

17、漿配方；B .按鉆進措施、鉆進工序和使用的機具進行泥漿的配方研究按鉆進措施、鉆進工序和使用的機具進行泥漿的配方研究，是根據水平定向鉆進每次設計的實際工藝和工 序進行泥漿配方研究。這一方案具有復雜性，既要泥漿的配方符合實際工藝和工序的要求，又要泥漿的配 方符合土壤的類型。因此，該方案實際操作難度大需長期研究，同時需要大量的現(xiàn)場數(shù)據進行對比篩選， 我們目前無論是項目的研究時間，還是現(xiàn)場施工的技術數(shù)據都不具備條件，這一方案可做為今后研究的課 題； 粘土層的泥漿性能要求及組成A .粘土層的地質特點：粗土、地質結構松散，砂、沖積砂土層、種植土、回填土等、粉砂土及淤泥。細 土地質構造較硬，吸水較強，其中黃

18、色泥巖、褐色泥巖最具有代表性。B 其主要特點：成孔性好，可鉆性好，鉆具在土中旋轉推進、造斜和岀土都能比較好的成孔，不易坍塌, 是最適宜穿越的地層。c. 漿性能要求：密度粘度切力PH值失水仲壓）泥餅35- 40"0-2/2-68.5-94-7mld. 泥漿的組成：膨潤土 +純堿+降失水劑+潤滑劑泥漿的配合比（Kg/m3 ）:1 : 0.04:0.06:0.06在一般的條件下，采用上面的配合比；施工中要根據現(xiàn)場的實際情況進行適當?shù)恼{整。 砂層和細砂、卵石、礫石（少量的）地層的泥漿性能要求及組成A .砂層的地質構造特點：少量的粘土或粉質土夾雜大量的黃砂，其中還含有一定量的卵石、少量的礫石。

19、B.其主要特點：成孔性一般，易塌、易漏失、吸水能力強。導向孔和回擴孔時極易坍塌，泥漿含砂量高造成機具對巖屑的重復破碎，機具和設備磨損較重。c. 泥漿性能的要求：密度粘度失水仲壓）PH值泥餅切力1.0550- 65"4-5ml8.5-91.52-4/4-8K> 11 （提高K值有利于防漏、防塌，提高K值在定向鉆的現(xiàn)場最直接的方法就是加膨潤土、或加高分子聚合物）；n< 0.55（降低n值有利于攜帶巖屑、洗孔）；t0動切力> 15 （屈服值，達因/厘米2）d. 泥漿的組成：膨潤土（高含量）+防塌劑 （聚合物、濃度適宜）+潤滑劑e. 泥漿的配合比（Kg/m3 ）:1 : 0

20、.05 : 0.06在一般的條件下，可采用上面的配合比；施工中要根據現(xiàn)場的實際情況進行適當?shù)恼{整。 砂層和細砂、卵石、礫石（少量的）地層的泥漿性能要求及組成A 地質構造特點：完全的黃砂、含水量較大的流砂，其中包括卵石、礫石，此種地層一般比較少。B其主要特點：成孔性極差、易坍塌、易漏漿，易造成大區(qū)段的井壁坍塌包裹或掩埋鉆具或機具，鉆進 速度慢，鉆具、機具磨損嚴重，泥漿含砂量大，鉆具、機具重復破碎情況嚴重。c.泥漿性能的要求：密度粘度失水（中壓）PH值泥餅切力60- 70"4-5ml8.5-92-6/6-10K> 15 n =0.57-0.66 t0 =20d 泥漿的組成：膨潤土（

21、高含量）+防塌劑（聚合物）+降失水劑+潤滑劑e. 泥漿的配合比（Kg/m3 ）:1 : 0.03 : 0.04 : 0.03在一般的條件下，可采用上面的配合比；施工中要根據現(xiàn)場的實際情況進行適當?shù)恼{整。注：以上三組配方獲國家發(fā)明專利；4. 實例以西氣東輸”工程我們穿越的六條河流為例，說明自行研制的泥漿所產生的經濟效益，下面的舉例計算是 穿越時孔洞所必需的數(shù)量，未考慮損失量和循環(huán)用量，一般考慮損失量和循環(huán)用量的總和為。5. 結束語我們研制的水平定向鉆進用的泥漿，通過在施工中的應用是成功的，達到了水平定向鉆進工藝設計的要求,完全滿足水平定向鉆進在各種地質條件的成孔技術，已達到國內先進水平，獲國家發(fā)

22、明專利；其費用非常 低廉，經濟效益顯著，可節(jié)約大量的投資，降低施工成本；它也可以做為產品，對外銷售創(chuàng)收達到以收抵 支的良性循環(huán)；隨著科學技術的進步，水平定向鉆進用泥漿也會不斷地向前發(fā)展。因此要不斷的跟蹤先進 技術及時地補充水平定向鉆進用泥漿配方，使水平定向鉆進泥漿配方始終保持其先進性。序號工程名稱穿越長度（米）穿越管道直徑（mm）土壤類別經濟效益對比（萬元）研制外購節(jié)約投資1西氣東輸”管道工程B24滁 河穿越工程708.20© 1016粉質粘土6.9820.1013.122西氣東輸”管道工程B24新禹河穿越工程549.60© 1016礫石層10 . 45151.07140.

23、623西氣東輸”管道工程B24泗柳河穿越工程540.90© 1016粘土5.3315.3510.024西氣東輸”管道工程B23滁 河I穿越工程540.60© 1016粉質粘土5.3315.3410.015西氣東輸”管道工程支線I橫港河穿越工程897.50© 813軟巖瘀泥質粘土7.0710.893.826西氣東輸”管道工程支線I京杭運河穿越工程546.30© 813砂層瘀泥質粘土4.306.632.33r1總計3783.1039.46219.38179.92在十年前，HDD （水平定向鉆進）在西方就成為了一項重要的技術。早期，這項技術只是應用于穿越河流鋪

24、設管線，而在這些地方，明挖鋪設顯然是不切合實際的。隨著這項技術的進一步發(fā)展，HDD技術成為了眾多市政管線鋪設工程的選擇，鋪管直徑已從幾公分發(fā)展到一米以上。現(xiàn)在，HDD進技術通常被用于穿越公路、機場跑道、以及地下管線，甚至穿越地下建筑。使用HDD技術可以在不阻斷交通的情況下，在繁忙的商業(yè)區(qū)與工業(yè)區(qū)施工，從而減少由于阻斷交通對這些地區(qū)生產力的影響。HDD技術被介紹到中國僅僅幾年時間?，F(xiàn)在中國已經成為這個世界上發(fā)展最快的HDD市場。在開始的幾年中，Vermeer （威猛）以及一些其他的國外的鉆機制造商主導了國內市場，近年來，一些國內 的制造商也已經取得了一定的成功，而Vermeer不久將開始在中國組

25、裝鉆機，以此來對付日益激烈的市場競爭。由此我們相信，在中國，隨著HDD技術的日漸成熟，對 HDD泥漿材料的要求也會越來越高。HDD泥漿概述泥漿有幾個重要的功能。它可以冷卻潤滑鉆頭、鉆桿與其他孔內鉆具；可以密封鉆孔，從而保證鉆孔穩(wěn)定；最后，他們可以攜帶鉆屑，把鉆屑運岀鉆孔。一個好的泥漿系統(tǒng)應包含上述所有的功能。而更加先進的泥漿還應當能夠有效抑制土壤的水化膨脹，能夠輸送更大的鉆屑甚至石頭。在HDD泥漿材料中最廣泛被使用的就是膨潤土。世界上最好的膨潤土是純天然的西部鈉基膨 潤土，如果BAROID的QUIK-GEL ,BORE-GEL，它產自美國西部的一個地區(qū)。這些優(yōu)質的泥漿材料已經通 過百萊瑪，無錫

26、鼎隆等一些經銷商進口到中國。但是大多數(shù)施工單位因為對泥漿不甚了解，不管實際需要，只看注重價格，一般使用國內生產的膨潤土，甚至有一些施工單位用水去替代泥漿，這往往會發(fā)生事故，從而產生更高的施工成本。當然，國內生產的泥漿也可以用于一些簡單的例如水井鉆進等領域。但對于有更高要求的HDD來說，這些材料就不能充分滿足了。中國的膨潤土礦藏都是較為初級的鈣基土，而鈣基土的提粘性能較差，同時漏失量很高，并且國內大多數(shù)的礦藏都有很高的含沙量，這樣的話就會增加設備維護的成本。粘度可以被描述為液體流動的能力，使用厘泊作為計量單位。例如，奶油的粘度比水高，而蜂蜜 的粘度又比奶油高。良好的粘度性能可以保證泥漿在孔內的適

27、當?shù)牧鲃?，從而把鉆屑清岀鉆孔。膨潤土的 造漿率通常是指一短噸（2000磅）的膨潤土可以制造多少桶（42加侖/桶）粘度為40厘泊的泥漿。鈣基 土的造漿率一般為 35 - 45bbl/ton，標準的西部鈉土最小為 90bbl/ton，而一些先進的泥漿材料造漿率可達 200bbl/ton。表面上看，使用鈣土成本較低，但實際上如果比較造漿率的話，使用鈣土反而會增加材料成本。在HDD鉆進中，膠凝強度是泥漿最重要的一項性能。膠凝強度是膨潤土形成凝膠體在孔內懸浮 鉆屑的能力。如果鉆屑沒有被懸浮起來，它們就不能被攜帶岀鉆孔，它們就會沉在鉆孔的底部。這樣鉆屑 就會堵塞鉆孔，導致泥漿循環(huán)失效同時孔內壓力會急劇升高

28、，泥漿很有可能會壓裂地層溢岀到地面。也可 能會發(fā)生埋鉆事故損失鉆具。一個好的泥漿系統(tǒng)應具有較低的濾失量。如果一種泥漿的濾失量較高，那么有很大部分的泥漿就會滲入到地層中，首先，由于泥漿的損失會增加泥漿材料的成本，而最重要的是，滲入到地層中的泥漿會使地層液化，最終導致鉆孔坍塌。而鉆孔的坍塌可能會導致鉆具的損失并且延誤工期。膨潤土是由很多的小的板狀體組成的，在一種好的泥漿系統(tǒng)里，這些小板會緊密的貼在孔壁上，形成一層又薄又韌的濾餅層,從而防止泥漿過多的漏失到地層中，進而穩(wěn)定鉆孔。HDD泥漿配方介紹-（2）砂質地質泥漿配方是要以正確鑒定我們鉆進的土壤地層為基礎的。只有在了解了土壤地層的特點后，我們才能正

29、確配制出合適的泥漿。比如，若是在沙地和卵礫石層中鉆進，就必須要用膨潤土泥漿；若是在粘土和頁巖中鉆進，我們應該添加聚丙烯酰胺（PHPA）在泥漿中。針對不同的土壤和地層，所用的泥漿原料和添加劑都是很有講究的。比如在沙地中，如果有卵石或者礫石層，我們就要考慮是否要添加膠凝強度促進劑來增加泥漿懸浮能力，促進排屑。如果是在極度干燥或是多孔而易滲水的地層，就需要多加些降失水劑的聚合物來加強泥壁。我國的地表土壤分布狀況，按地層特點、結構及土壤可簡單分為下列幾大類：a.粘土地質 b.砂質地質 c.卵礫石層下面介紹基本的幾種 HDD泥漿配置方法（產品為 BAROID品牌）。（2）砂質地質的泥漿性能要求及組成A.

30、砂質地質的地質特點：少量的粘土夾雜大量的黃砂其中偶有少量礫石。B.其主要特點：成孔性一般，易塌，易漏失、吸水能力強。導向孔和回擴孔時容易坍塌，泥漿含砂量高造成機具和設備磨損嚴重。C.泥漿性能要求：中高粘度，降低泥漿失水量，形成優(yōu)質泥壁，防漏防塌，膠凝強度高，有足夠的懸浮力和運屑力。D.泥漿配方組成：配方一己密實砂或細砂一立方米水添加劑加入量：水1.混合45公斤BORE-GEL （很好地攪拌）純堿2.加入2.5 -3.0公斤QUIK-RTOL （緩慢加入）膨潤土 - BORE-GEL?3.繼續(xù)攪拌15 -30分鐘降失水劑 -QUIK-TROL?配方二E松散砂或粗砂一立方米水添加劑加入量：懸浮促進

31、劑 -NO-SAG?1.混合45公斤BORE-GEL （很好地攪拌）2.加入2.5 -3.0公斤QUIK-RTOL （緩慢加入）3. 加入2公斤NO-SAG （緩慢加入）4. 繼續(xù)攪拌15 -30分鐘HDD泥漿配方介紹-卵礫石層非開挖定向鉆技術 2009-12-16 18:43:55 閱讀16評論0字號：大中小1 HDD用泥漿配方泥漿配方是要以正確鑒定我們鉆進的土壤地層為基礎的。只有在了解了土壤地層的特點后，我們才能正確配制出合適的泥漿。比如，若是在沙地和卵礫石層中鉆進，就必須要用膨潤土泥漿；若是在粘土和頁巖中鉆進，我們應該添加聚丙烯酰胺（PHPA ）在泥漿中。針對不同的土壤和地層，所用的泥漿

32、原料和添加劑都是很有講究的。比如在沙地中，如果有卵石或者礫石層，我們就要考慮是否要添加膠凝強度促進劑來增加泥漿懸浮能力，促進排屑。如果是在極度干燥或是多孔而易滲水的地層，就需要多加些降失水劑的聚合物來加強泥壁。我國的地表土壤分布狀況，按地層特點、結構及土壤可簡單分為下列幾大類：a.粘土地質 b.砂質地質 c.卵礫石層下面介紹基本的幾種 HDD泥漿配置方法（產品為 BAROID品牌）（3）卵礫石層的泥漿性能要求及組成A.卵礫石層的地質特點：完全的黃砂，其中有大量礫石、卵石。B.其主要特點：成孔性極差，極易塌、漏漿、沉砂，易造成大區(qū)段的井壁坍塌包裹或掩埋鉆具或 機具，鉆進速度慢，泥漿含砂量大，鉆具

33、、機具磨損嚴重。C.泥漿性能要求：高粘度，降低泥漿失水量，形成優(yōu)質濾餅，防漏防塌，膠凝強度高，具備較好的 懸浮和運屑能力，堵漏效果好。D.泥漿配方組成：1方一配礫石或砂 礫石一立方米水添加劑加入量：水1.混合35 -40公斤QUIK-GEL （很好地攪拌）純堿2.加入2.5 -3.0公斤PAC-HV或PAC-LV （緩慢加入）膨潤土 - QUIK-GEL?3.加入2.5 -3.0公斤BARAZAN D （緩慢加入）降失水劑-PAC-L?懸浮促進劑 -BARAZAN D?堵漏材料-N-SEAL?堵漏材料（備選）-DIAMONDSEAL?4. 加入 12-14 公斤 N-SEAL （ 1 包）5.

34、 繼續(xù)攪拌15 -30分鐘i方二配大卵石或 巖石一立方米水添加劑加入量：1. 混合45 -50公斤 （2 - 3包）QUIK-GEL （很好地攪拌）2. 加入3.0公斤PAC-HV或PAC-LV （緩慢加入）3. 加入3 -4公斤BARAZAN D （緩慢加入）4. 加入25公斤N-SEAL （2包）5. 繼續(xù)攪拌15 -30分鐘6. （備選）加入12公斤DIAMOND SEAL （ 3桶）HDD用泥漿配方-粘土地質非開挖定向鉆技術 2009-12-16 18:38:36 閱讀37評論0字號：大中小泥漿配方是要以正確鑒定我們鉆進的土壤地層為基礎的。只有在了解了土壤地層的特點后，我們才能正確配制

35、出合適的泥漿。比如，若是在沙地和卵礫石層中鉆進，就必須要用膨潤土泥漿；若是在粘土和頁巖中鉆進，我們應該添加聚丙烯酰胺（PHPA ）在泥漿中。針對不同的土壤和地層，所用的泥漿原料和添加劑都是很有講究的。比如在沙地中，如果有卵石或者礫石層，我們就要考慮是否要添加膠凝強度促進 劑來增加泥漿懸浮能力，促進排屑。如果是在極度干燥或是多孔而易滲水的地層，就需要多加些降失水劑 的聚合物來加強泥壁。我國的地表土壤分布狀況，按地層特點、結構及土壤可簡單分為下列幾大類：a.粘土地質 b.砂質地質 c.卵礫石層下面介紹基本的幾種 HDD泥漿配置方法（產品為 BAROID品牌）。（1）粘土地質的泥漿性能要求及組成A.

36、粘土地質的地質特點：粗土、地質結構松散，砂、沖積砂土層、種植土、回填土等、粉砂土及淤泥。細土地質 構造較硬，吸水教強，其中黃色泥巖、褐色泥巖最具有代表性。B.其主要特點：成孔性好，可鉆性好，鉆具在土中旋轉推進、造斜和岀土都能比較好的成孔，不易坍塌， 是相對比較適合穿越的地層。但是粘土遇水容易膨脹并使鉆頭粘結和卡鉆，增大扭矩，甚至堵 塞鉆頭水眼憋泵的現(xiàn)象。C.泥漿性能要求：中低粘度，增強泥漿流變性，抑制粘土反應，提高潤滑性，減少泥餅圈和鉆頭包泥現(xiàn)象。D.泥漿配方組成：配方一低塑性粘土一立方米水添加劑加入量：水1.混合45公斤BORE-GEL （很好地攪拌）理想HDD泥漿應具備的特性和 HDD專用

37、泥漿的組成非開挖定向鉆技術 2009-12-16 18:47:02 閱讀18評論0字號：大中小1 理想的HDD用泥漿應具備的特性理想的HDD用泥漿應具備下列特性：（1）粘度適中（2）膠凝強度高（3）泥漿密度（比重）低（4）濾失量低，濾餅薄且堅韌、光滑（5）含砂量低（6）摩擦系數(shù)低，潤滑性能好（7）剪切稀釋性好下面就以上特性，詳細說明為何這些特性是理想HDD用泥漿需要具備的特性。（1 ）粘度適中水平定向鉆中粘度的測量具有重要的意義，其重要性比在豎井鉆進中要大。但是在水平定向鉆中，并不是粘度越高越好，粘度要適中。與膠凝強度及濾失性相比，后兩者要更為重要。由于粘度就是流體的流動阻力，所以在水平鉆定向

38、鉆中粘度的重要意義就是保持一定的鉆液的流動性。粘度太高容易導致以下幾點：- 會降低泥漿泵的效率（粘度愈高，需要愈高壓力的泵才能保持泥漿的循環(huán)流動。） 過濃的泥漿流動性差，會造成鉆孔內壓力過高 導致路面破裂或隆起，導致泥漿流失到路面而造成環(huán)境污染和交通不便。 因特殊阻塞造成鉆桿卡彈 減低鉆掘速度基于上述原因，我們首先要考慮膠凝強度、凝膠生成量以及濾失控制，而不是單憑添加膨潤土來增加粘度。這樣做的目標就是讓設計出來的泥漿流體看起來 “很瘦”（不濃），可工作起來 “很肥 ”（運屑能力很強）。（ 2） 膠凝強度理想的 HDD 用泥漿必須具備碎屑的支撐、懸浮和運載能力。當泥漿相對于鉆孔地層處于靜態(tài)時，必

39、須保持要足夠的膠凝強度來懸浮被鉆下來的固體鉆屑，而且要在這些固體碎屑從鉆孔中排出來時，還要保持其懸浮狀態(tài)。最終形成的泥漿（鉆液和固體鉆屑）的功能就好像一條輸送帶來運走固體碎屑，從而為待裝管線留出足夠的空間。如果泥漿不能懸浮鉆屑，鉆屑就會快速沉淀并在水平年井的底部，導致在拉管線時，尤其是大口徑的管線，就無法拉過去而被卡住。在粗粒土壤（如果砂土、礫石、鵝卵石）中膠凝強度尤其重要，而在粘土和頁巖層中，尤其是使用大口徑回擴頭時也具有重要意義，因為大口徑回擴頭往往會產生很多碎屑。如果只用淡水來鉆，由于淡水根本不具備膠凝強度或者凝膠生成量，因此絕對是不適合用作水平定向鉆泥漿。（3）泥漿密度低泥漿（也包括鉆

40、進后來自地層的活性固體或者惰性固體與先前配置的泥漿的混合物）密度高，會對泥漿整個鉆進提供造成非常不利的影響，不但可能會阻塞鉆液干流，而且有可能造成泵體過度磨損。一旦發(fā)現(xiàn)泥漿密度過高，必須采取下列措施來降低。 趕緊想辦法來去除泥漿中的鉆屑固體來減低泥漿的密度 降低鉆進速度 如果時間允許的話，廢棄當前泥漿，重新配置新的。（ 4）濾失量低 /濾餅質量高優(yōu)質的泥漿濾失量低，形成的濾餅又薄又光滑、堅韌并強度較高。泥漿濾失量越高，濾餅越柔軟并且越厚。濾餅厚度增加會減小鉆孔內部的環(huán)行空隙，鉆液和碎屑在這個更窄的通道中輸送時，要求的壓力更大。在粘土地層中，因為粘土容易遇水反應并膨脹，此時濾失量控制的非常重要。

41、但是要達到較低的濾失量，質量優(yōu)異的濾餅必不可少。在沙層中，優(yōu)質的濾餅更具有極其重要的意義。因為如果大量濾液滲入地層會降低地層強度，甚至可能使地層坍塌。此時濾餅作為鉆液的一種密封劑或者穩(wěn)定劑保持鉆孔的穩(wěn)定性。濾餅最佳厚度應該介于 1/32”（0.79MM）至3/32”（2.375MM）之間。如果單用清水鉆進，鉆進過程中根本無法很好控制濾失量和形成優(yōu)質濾餅，最終會為承包商帶來無數(shù)的問題，如卡鉆、坍塌，甚至會導致整個工程失敗。5 ）含砂量低含砂量也是判斷一個泥漿是否優(yōu)良的重要標準。好的泥漿含砂量可控制在2%至3%以內。含砂量高對環(huán)流系統(tǒng)的效率存在不利影響，并會縮短泵送設備、泥漿馬達等裝置的壽命，也會

42、降低鉆液的效率。（6）磨擦系數(shù)低，潤滑性能好在水平定向鉆施工過程中，如果泥漿摩擦系數(shù)低，潤滑性能好，則會降低管道與土壤之間的摩擦阻力，從而有助于管道的安裝。（7）剪切稀釋性好鉆液的粘度隨減切率的增加而降低。優(yōu)質的泥漿，剪切稀釋性好，使鉆液在靜止時成膠狀（半固體狀態(tài)）；而流動時則呈液狀。2 HDD專用泥漿的組成（1）配制泥漿用的水水水是最便宜的鉆井材料，也是最重要的材料之一。如果先把水處理好，可以省下很多的鉆井材料費用。理想的用來配置泥漿的水，PH值應該控制在，不含Ca2+, Mg2+,無固體雜質，必要時要進行預處理。純堿即碳酸鈉，又叫蘇打。純堿主要用來軟化水質，降低水的硬度和調節(jié)PH值。用純堿

43、處理后的水更適合膨潤土水化，使泥漿更好得發(fā)揮好的性能。（2）膨潤土目前在市面上有各式各樣的膨潤土，其品質參差不齊，給使用者帶來很大的困惑。其實膨潤土的判定標準是這樣的：-膨潤土又稱斑脫巖、膨土巖，是以蒙脫石為主要成分的粘土。膨潤土可根據所含蒙皂石族礦物的屬 型而相應劃分。蒙脫石以其層間可交換陽離子的種類、含量劃分屬型，當某一陽離子的含量超過陽離子交 換容量50%時，即以該陽離子命名。例如鈉基蒙脫石 （ENa+/XEO50%）、鈣基蒙脫石（ECa2+/X EO50%） 當層間沒有一個陽離子含量超過50%交換容量時，則以含量最多的兩個陽離子命名，如鈣鈉基蒙脫石等。鈉基膨潤土又命名堿型土，吸水后高度

44、膨脹，適合用作鉆井泥漿。鈣基膨潤土又名堿土型土，吸水 后膨脹不太大，主要用于鑄造行業(yè)。目前天然的鈉基膨潤土產地主要在美國懷俄明州；國內所謂的鈉基膨 潤土都是鈣基膨潤土改性鈉化而成，各項性能較純天然的鈉基膨潤土要差，穩(wěn)定性也沒有天然的鈉基膨潤土好。膨潤土能吸附8-15倍其體積的水量，吸水后膨脹，好的可以達30余倍。在水介質中能分散呈膠狀，具有一定的粘滯性，觸變性和潤滑性；它和水、泥和砂等碎屑物質的摻合物有可塑性和粘結性。膨潤土的 理化性能主要取決于它所含的蒙脫石種類和含量。美國懷俄明州所產的天然鈉基膨潤土中鈉基蒙脫石可高 達85%以上。作為懷俄明州天然鈉基膨潤土的主要供應商，BAROID公司對膨

45、潤土有50多年以上的經驗，其膨潤土產品是針對某種特殊鉆井技術的需求而專門生產的。膨潤土產品（BAROID公司產品）HDD專用膨潤土（水平井）BORE-GEL?高粘膨潤土（垂直井）QUIK-GEL?一般API膨潤土CIVIL-GEL?（3）泥漿添加劑泥漿添加劑種類繁多，有增加懸浮的，有提高或降低粘度的，有堵塞鉆孔孔壁縫隙有助于成孔的選擇什么樣的添加劑，要根據現(xiàn)場情況具體確定。HDD泥漿常用的添加劑可簡單分為下面幾類:HDD常用泥漿添加劑主要功能BAROID公司產品降濾失劑主要用來控制濾失，穩(wěn)定地層，減低泥壁的厚度。PAC?-R (HV)PAC?-L (LV)QUIK-TROL? GOLD孔壁穩(wěn)定

46、劑主要適用于粘土和頁巖中鉆進，防止細土顆粒吸水膨脹和 分散，以達到穩(wěn)定孔壁的作用，同時可防止粘土抱鉆，并起到潤 滑的效果。EZ-MUD? GOLD APEZ-MUD?(液體)EZ-MUD? DP懸浮促進劑主要用來提高水基泥漿的懸浮能力，有助于運岀更多的鉆屑、粗砂和粗顆粒。尤其適合在鵝卵石和礫石層中鉆進時添加。NO-SAG?BARAZAN D?表面活性劑（潤濕劑，抗粘劑）用來降低泥漿粘性，抑制粘土膨脹，防止鉆頭沾粘結球。Drilling Detergent堵漏材料可以阻止泥漿從縫隙或膠結力差的地層大量流失。N-SEAL?（纖維）DIAMOND SEAL?（ 聚合物）HOLEPLUG?（天然鈉基膨

47、潤土粒）成功穿越的訣竅 - 選用合適的泥漿非開挖定向鉆技術 2009-12-16 18:45:19 閱讀 17 評論 0 字號：大中小摘 要 本文結合作者多年的實踐經驗和工程事例，再次強調了合適的運用泥漿是 HDD 鉆孔過程成敗的關鍵。使用恰當設計的鉆液配方和合適的鉆液配置程序，將提高整個工程的效率，最終將節(jié)省工程費用。合適的泥漿配方和合理的鉆進工藝的標準，就是要在鉆具周圍形成一個用來容納回拖管線的通敞的孔洞。引用了國內外專家的論述，更進一步的證實了泥漿在整個鉆進過程的重要。關鍵詞 泥漿 泥餅 成孔 成功鉆液（泥漿 ）是進行各種鉆孔施工包括水平定向穿越項目的關鍵技術，這個問題若擺在石油鉆井工業(yè)

48、專家面前是不會產生爭論的，若詢問泥漿材料的供應商和水平導向鉆孔的大多數(shù)施工單位，他們會告訴 你使用泥漿將使工程進行的順利和輕松、經濟并取得高效。但總有些工程單位在進行鉆孔工程時不重視泥 漿，或根本就不使用泥漿，他們在鉆進和回拖過程中只使用水來充當泥漿，他們認為水比較便宜又方便提 取，還可以增加在巖層中的切削速度，其實這是一種錯誤的觀念。下面就現(xiàn)場經常遇到的幾種情況和問題， 結合本人多年的實際經驗進行分析 ，并借用國外泥漿專家的觀點進行點評 ，以便在施工時對照學習和提高：我們知道水平導向鉆孔市場競爭是越來越激烈，但若能夠使用合適泥漿的操作者，即使在困難的地質條件和較低的合同價時也肯定能賺大錢。因

49、為，具體的土壤條件將決定你使用的泥漿的具體成分和構成，不要舍不得把錢花在泥漿材料的投入上，其實泥漿材料的成本只占整個工程成本的1?5 之間。否則可能會在工程中花更多的錢去處理鉆孔中的事故或導致工程失敗，造成的損失將大大超過泥漿材料的投入，若失去了相應的市場那就更不值得。泥漿在工程中對提高總體的切削速度和懸浮鉆削起著重要的作用，只有使用適合地質條件的泥漿，才能夠確保操作者快速順利的完成一個項目，同時，泥漿材料的工程消耗與占大頭的設備開支以及完成工程項目后的價值相比，相對成本并不高。鉆液專家告訴我們：通常所說的使用合適的泥漿，必須是符合地質條件的淡水和泥漿材料的混合 物，而不只是清水，由于流動狀態(tài)

50、的水不具有的相應的攜帶能力和護壁性能，而且它也會不停地向周圍巖 層滲透所以就會導致鉆孔塌方或縮徑 ，反而會使回拖和旋轉壓力上升 ，并且造成對鉆桿和鉆具的過度磨損。 所以再次提示：僅使用水會產生許多不利的因素，有時水的不利因素遠遠超過其有利因素，甚至會導致工 程的失敗。例如：在一個工作現(xiàn)場，在鉆孔時用清水在粘土中鉆進，不用說問題是接踵而來。在導向孔打 到大約 100m 鉆頭準備出土的時候，鉆桿幾乎被粘住了。因為，此時鉆機已經達到最大旋轉壓力，而鉆桿 幾乎不轉?；乩瓑毫σ策_到了最大，回抽一根鉆桿要花 45min 到 1 個小時的時間，當然，此時的機器絕對 達到了能力極限，這些粘性的、膨脹了的泥土給

51、設備造成了非常大的磨損和損害。在第二次打導向孔時， 根據地質情況，采取了合適的泥漿配方，調整了泥漿性能，然后進行鉆孔和回拖管道，整個過程中旋轉壓 力只有最大值的 1/3?1/4 ，并且輕而易舉地拖回了管道。以上是一個不使用鉆液導致粘管的例子。美國 Sun West 泥漿公司的工程經理 White 說：“這是一 個主要問題。如果不使用任何鉆液來將鉆屑清除出鉆孔它們就會留在鉆孔中并擠滿鉆桿、回擴頭和回拖件 周圍的空間，從而導致三者都被粘牢，這就是一個因不使用鉆液而導致粘管的事例。原因就是粘土遇水會 膨脹并變得非常的粘，以至鉆桿不能轉動或抽出的典型工程 ”。還有一個場合， “就是在不使用膨潤土或其

52、它添加劑的情況下在沙土中鉆進 。沙土會變潮變松 ，使孔壁塌方或使整個孔壁緊貼在鉆頭或擴孔器的周圍。 如果你的鉆具被粘牢且不能挖出，價值成千上萬的設備將會損失掉。 ”以下就是一個典型的例子：在另一個 現(xiàn)場，鉆孔時直接推進的力較大，旋轉鉆進時推力減小，停下來10min ，再次鉆進時就不好鉆入，停下來20 min 后，再想鉆進或抽回時都很困難，原因是鉆進到砂層，只使用水做鉆進液不能夠使鉆孔成型，鉆進 的同時鉆孔也隨著塌方，所以，鉆進或抽回都十分困難，費了好多時間和材料才將鉆頭抽回，后來經過使 用泥漿材料，使泥漿具有相應的懸浮巖削的能力，鉆進和回拖管道都十分順利。針對這類情況，美國捷高 CETCO 公