鉆井泥漿基礎(chǔ)知識

第一單元鉆井泥漿的分類深井、地?zé)峋雀邷貤l件下的抗高溫泥漿。配制泥漿用的根本液體是水或油。假設(shè)粘土在水中分散形成的泥漿即以水為連續(xù)相的泥漿稱為水基泥漿。大局部鉆井場合下，使用本錢較低，配制便利的水基泥漿。油基泥漿在一些特定狀況下使用，它又分為油包水乳化泥漿和油基泥漿兩種類50～8050～205%。漿、粗分散抑制性泥漿和不分散低固相泥漿。細(xì)分散淡水泥漿是靠粘土在水中高度分散得到，是泥漿的早期類型。泥降失水劑和〔稀釋劑高泥漿粘性為主的鉆井場合還常使用。粗分散抑制性泥漿是在細(xì)分散泥漿的根底上，參加無機聚結(jié)劑，使粘土〔120MG/，如石灰泥漿、石膏泥漿、氯化鈣泥漿，鹽水泥漿〔含鹽量大于如鹽水泥漿、海水泥漿、飽和鹽水泥漿〕和鉀基泥漿〔KCl1%。不分散低固相泥漿是較型的泥漿體系。低固相是指泥漿體系中的固相含量〔造漿粘土和鉆碴等全部固相〕按體積計不超過4%，由此使得機械鉆速提3已成為我國鉆井部門使用的主要泥漿類型。國內(nèi)外也有直接用泥漿的主要處理劑成分、關(guān)鍵特性或特別用途等來命名分類的，如：腐植酸類泥漿、聚合物泥漿、木質(zhì)素磺酸鹽泥漿、抑制性泥漿、穩(wěn)定泥漿等土主要由粘土礦物組成，另外還可能含有非粘土礦物和其他雜質(zhì)。起負(fù)面影響，因此，這些物質(zhì)的含量越少越好。土中的雜質(zhì)主要是有機物和可溶性鹽。有機物為植物的莖、根、葉及其這些物質(zhì)明顯影響泥漿的純度和性能。4-1陶土等，含高嶺石礦物為主的粘土稱為高嶺土。等，含蒙脫石礦物為主的粘土稱為膨潤土或蒙脫土。水云母族代表性礦物為伊利石〔伊利水云母水白云母等，含伊利石礦物為主的粘土稱為伊利土或水云母土。相應(yīng)的粘土分別稱為海泡石粘土、凹凸棒粘土和坡縷縞石粘土。典型粘土礦物的化學(xué)組成含量表 表11-1江蘇蘇州陽山47.0038.040.510.160.22- - 13.53遼寧黑山68.7420.000.702.932.17-0.206.80浙江臨安71.2914.171.751.622.221.921.784.24蒙脫石美國懷俄明55.4420.143.670.502.492.760.6014.70膨潤土山東灘縣71.3415.141.972.433.420.310.435.06疆夏子街63.7016.435.450.282.242.571.945.57伊利石52.2225.914.590.162.840.176.097.14水云母湖南澧縣64.2120.132.120.260.52-- 8.27美國喬治亞53.648.763.362.029.05-0.7520.00石江蘇盱眙55.358.435.060.159.730.181.8517.14江西樂平61.300.570.730.1529.700.160.197.10海泡石南澳大利亞52.437.052.24- 15.08-- 19.93粘土礦物各種化學(xué)成分的含量〔%〕名稱產(chǎn)地SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO Na2OK2O粘土礦物各種化學(xué)成分的含量〔%〕名稱產(chǎn)地SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO Na2OK2OH2O江西浮梁高嶺45.5837.22-0.460.070.451.7013.39高嶺石MgO、氧化鈣〔CaO〕確定粘土的種類。為什么4類粘土礦物在化學(xué)組分上有明顯差異？不同粘土礦物在造漿性〔片土礦物各自的特點。粘土礦物的根本構(gòu)造單位是硅氧四周體和鋁氧八面體。硅氧四周體的構(gòu)造如圖11-1硅離子相結(jié)合。依此，四周體在平面上相互連接，形成四周體層。結(jié)合。依此，八面體在平面上相互聯(lián)結(jié)，形成八面體層。礦物在造漿等性能上的差異。件所打算的，不同粘土礦物的同晶置換程度有著明顯的差異。a-硅氧四周體；b-硅氧四周體六角環(huán)片狀構(gòu)造的平面投影１．高嶺石的構(gòu)造特點

a-硅氧四周體；面投影高嶺石的化學(xué)式是Al4[Si4O10][OH]8,晶體構(gòu)造是由一層硅氧四周體和一層鋁氧八面體組成，兩層間由共同的氧原子聯(lián)結(jié)在一起組成晶胞，如圖11-3所示。11-3高嶺石的構(gòu)造特點C7.2?。另外，其晶體構(gòu)造單位中電荷是平衡的。2μm10～40%。OH－的電離和晶體側(cè)面斷鍵才造成少量的電荷不平衡，因而其負(fù)電性較小。由于負(fù)電性很小，致使這種粘土礦物吸附陽離子的力量低，所以水化等“活性“效果差。易進(jìn)入晶胞之間，因而不易膨脹水化，造漿率低，每噸粘土造漿量低于3m3。同泥漿性能。因此，高嶺石不是好的造漿粘土。層時，一般井壁不易膨脹而縮徑，但易產(chǎn)生剝落掉塊。２．蒙脫石的構(gòu)造特點蒙脫石化學(xué)式是(Al1.67Mg0.33)[Si4O10][OH]2·nH2O。其晶體構(gòu)造是由兩層原子聯(lián)結(jié)〔11-4CA、B2:19.6?，21.4?。4-4蒙脫石的構(gòu)造特點(圖中右側(cè)數(shù)值是葉蠟石構(gòu)造中電荷的數(shù)值，不是蒙脫石的數(shù)值)1μm50%以上。從外形上看，晶胞片的長度往往為其厚度的幾十倍，是薄片狀的顆粒。5%。因此，蒙脫石晶胞帶較多的負(fù)電荷，其陽離子交換80～150meq/ml。故水分子易進(jìn)入晶胞之間，粘土易水化膨脹，分散性好，造漿率高，每噸粘土可達(dá)12-16m3強，易改性或用化學(xué)處理劑調(diào)整泥漿性能，是優(yōu)質(zhì)的造漿粘土礦物。巖層時，易產(chǎn)生膨脹縮徑甚至孔壁流散等孔內(nèi)簡單狀況。３．伊利石的構(gòu)造特點伊利石又稱伊利水云母，其化學(xué)式是K<1(Al,Fe,Mg)2[(Si,Al)4O10][OH]2·nH2O。伊利石的構(gòu)造總體上與蒙脫石相像2:1能與蒙脫石有較大差異。伊利石晶胞之間鉀離子的直徑為2.66?，與硅氧四周體六角環(huán)的空穴內(nèi)徑相分子也難以進(jìn)入其中。因此這種粘土不易分散。1/6可被鋁后，由于鉀離子不易電離出去，使其失去“活性“，交換力量降低。徑，但有剝落掉塊的可能。４．海泡石的構(gòu)造特點海泡石族粘土礦物的化學(xué)式是：Mg8[Si12O30][OH]4(OH2)4·8H2O，為含水鎂2:1如蒙脫石，但由于具有特別的構(gòu)造構(gòu)造，使其在高溫下表達(dá)出良好的穩(wěn)定性。260℃以上的高溫，因而適于配制深井和地?zé)峋酀{。為了更直觀地比較4種粘土礦物的特點，特列表如下：礦造晶礦造晶胞 晶胞 陽離子物漿化學(xué)成分 結(jié)構(gòu) 間引晶胞間距交換容比重名 列 類型 力 量稱 能不高 有氫OH層與O 2.58~易嶺Al4[Si4O10][OH]8 1:1 鍵引7.2 3~5層相對 2.67分石 力強散易分蒙散(Al1.67Mg0.33)[Si4O10] O層與O 2.35~脫 2:1 間力9.6~21.480~150 [OH]2·nH2O 層相對 2.74石 弱 漿率高伊OHO不K<1(Al,Fe,Mg)2 引力 2.65~利 2:1層相對， 10.0 10~40 [(Si,Al)4O10][OH]2·nH2O 較強 2.69石 層間有 K+K+散耐海高M(jìn)g8[Si12O30][OH]4(OH2)4 雙鏈狀泡 2:1 - 12.9 20~30- 溫·8H2O 構(gòu)造石 抗鹽石的造漿性能差。材料。國內(nèi)外富含蒙脫石的大型優(yōu)質(zhì)膨潤土礦有不少，如我國的疆夏子街、適當(dāng)?shù)募庸?，形成造漿粘土的正規(guī)產(chǎn)品。自然界中的粘土廣泛存在。很多狀況下，鉆進(jìn)現(xiàn)場及其四周就有或多或的劣質(zhì)土是不行取的，由于這些土難以造漿。土形成泥漿，直接循環(huán)使用。無論是就地取土、地層造漿還是購置正規(guī)粘土粉產(chǎn)品，都存在判別粘土〔一〕粘土礦物的鑒定粘土礦物的鑒定是確定粘土礦物的種類，檢查其是否屬于以蒙脫石為主類型：分析法、電子掃描顯微鏡法；物化性能測定法：吸蘭量試驗、膨脹試驗、膠質(zhì)價試驗、pH陽離子交換容量測定。關(guān)專業(yè)書籍。以差熱分析方法為例。粘土礦物在加熱時會失去水分，質(zhì)量減輕。一般粘土礦物中含有三種水：自由水、吸附水和晶格水(粘土礦物結(jié)晶構(gòu)造中的一局部水，一般溫度上升到300℃以上才能失去)。通過對粘土礦物加熱時所發(fā)11－511-5三種粘土礦物的差熱曲線高嶺石在400～500℃開頭失去結(jié)晶水，表現(xiàn)猛烈、鋒利的吸熱谷，這時，高嶺石構(gòu)造破壞形成非結(jié)晶質(zhì)的偏高嶺石。950～1050℃時有一放熱峰，這是由于偏高嶺石重結(jié)晶所產(chǎn)生的。伊利石在100～200℃吸附水逸出，呈寬緩的吸熱谷。550～650℃排出結(jié)晶水850～950℃900～1000℃有一明顯的放熱峰。蒙脫石友三個特征吸熱谷和一個放熱峰；第一吸熱谷在100～300℃指尖，是谷或三谷。550～750℃為其次吸熱谷，是排出結(jié)晶水的反響，平緩且寬。900～晶形成尖晶石和石英等?！捕吃鞚{粘土的評價2〕膠質(zhì)價和膨脹倍數(shù)〔3〕陽離子交換容量、鹽基總量和鹽基重量4〕〔5〕〔6〕流變特性和失水特性。15×10-3Pa·sm3/t。它直接表示泥漿造漿效率的凹凸，直讀式旋轉(zhuǎn)粘度計測600轉(zhuǎn)時的讀數(shù)，當(dāng)讀數(shù)為30即對應(yīng)表觀粘度15╳(11-1)式中：B--造漿率，m3/t；Vw--水的體積，ml；Ws--土的重量，g；Ms--土的比重，g/cm3。明顯，一次性定量配出的被測泥漿不行能正好為ηA=15╳10-3Pa·s，因此應(yīng)當(dāng)2～3ηA值，然后用兩點或三點連線法插值或順延出造漿率值。度、水分含量、含砂量等指標(biāo)處于標(biāo)準(zhǔn)范圍，以保證造漿率測定的準(zhǔn)確性。指標(biāo)來進(jìn)展評價。API標(biāo)準(zhǔn)即美國標(biāo)準(zhǔn)和前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)等〔11-3API結(jié)合起來衡量，能更加符合鉆井實際來準(zhǔn)確地反映膨潤土的本質(zhì)特征。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)訂制者對被測土的技術(shù)要求泥漿到達(dá)的性能指標(biāo)造漿率質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)訂制者對被測土的技術(shù)要求泥漿到達(dá)的性能指標(biāo)造漿率(%)量(%)(%)(0.478Pa)(s)API<10<4<13.53×ηp->16OCMA<15<2.5<15-->16JBAS<10<4<153×ηp->166~10含砂量<6--2515準(zhǔn)200目篩余200目篩余API失水屈服值漏斗粘度(m3/t)水化效果對粘土的造漿性能和土質(zhì)地層孔壁的穩(wěn)定有重大影響。〔一〕粘土水化的緣由脹，引起粘土水化膨脹的緣由有：粘土外表直接吸附水分子〔1粘土顆粒外表有〔2粘土顆粒因晶格置換等而帶負(fù)電粘土晶格中有氧及氫氧層，均可以與水分子形成氫鍵而吸附水分子。粘土吸附的陽離子的水化水分子而水化?！捕秤绊懻惩了囊蛩卣惩恋V物本身的特性蒙脫石礦物一樣，但因?qū)娱g有水化力量小的K+存在，K+鑲嵌在粘土硅氧層的六也使粘土的水化膨脹差。交換性陽離子的種類40?，Ca2+17?。水溶液中電解質(zhì)的濃度和有機處理劑含量就是依據(jù)這個原理?！踩痴惩了蛎浀倪^程階段。由外表水化引起的膨脹量〔水化能，其中以水化能最大。此三種力的凈能量在第一層水分子進(jìn)入時的2023～4000×0.101325MPa。由滲透水化引起的膨脹當(dāng)粘土層面間的距離超過10?時，外表吸附能量已經(jīng)不是主要的了，此后粘土粘土的進(jìn)一步膨脹。由滲透水化而引起的膜膨可使粘土層間距到達(dá)120?。增加抑制孔壁膨脹的原理。120?〕的狀況下，在剪切力作用下晶胞便分別，粘土分散在水中，形成粘土懸浮液。把握泥漿性能調(diào)整的根本膠體化學(xué)原理，引入集中圖11-6粘土外表的集中雙雙電層理論對粘土-水界面的行為機理進(jìn)展分析。電層〔一〕雙電層成因與構(gòu)造由于粘土顆粒在堿性水溶液中帶負(fù)電荷〔在端部則多數(shù)帶正電荷，必定要吸〔界面上的濃集，形成粘土顆粒外表的一層負(fù)電荷與反離子的正電荷相對應(yīng)的電層，以保持電的中性〔平衡。粘土顆粒吸附陽離子使陽離子在粘土顆粒外表濃集的同時，11-6吸附層吸附層是指靠近粘土顆粒外表較近的一薄層水化陽離子，其厚度一般只有幾電吸引力強，被吸附的陽離子與粘土顆粒一起運動難以分別。集中層〔離子濃度差為零由水化陽弱〔呈二次方關(guān)系減弱，在給泥漿體系接入直流電源時，這層水化離子能與粘10～00??；瑒用嬲惩令w粒一起運動，而集中層中的陽離子則有一滯后現(xiàn)象而呈現(xiàn)的滑動面。E多，能吸附的陽離子數(shù)目也愈多。ζ的陽離子愈多，集中層愈厚?！捕秤绊戨妱与娢坏囊蛩仉妱与娢坏拇笮∈芤韵聨追矫嬉蛩氐挠绊懀宏栯x子的種類陽離子的種類打算了陽離子電價的凹凸和陽離子的水化力量。當(dāng)粘土顆NaCa2+，Na+為一價離子，且水化力量強，粘土顆粒四周的集中層以及Ca2+取代粘Ca2+變薄，泥漿由分散轉(zhuǎn)化為聚結(jié)而失去穩(wěn)定性。陽離子濃度陽離子〔例如Na+〕雖水化力量強，粘土顆粒水化膜厚，泥漿穩(wěn)定，但Na+濃度有一適宜的范圍，假設(shè)Na+濃度過大，同樣會使泥漿由分散轉(zhuǎn)為聚結(jié)。這是由于1〕陽離子濃度大，陽離子擠入吸附層的時機增大，結(jié)果使電動電位降低，〔即所謂擠壓雙電層聚結(jié)。泥漿使用時受鹽〔NaCl〕Na+過多，起了壓縮雙電層的作用，酸鈉存在有最正確加量，加量過大則起反作用，造漿量降低，泥漿性能變壞。此外，泥漿的分散穩(wěn)定或聚結(jié)，還受陰離子的影響，如鈣膨潤土改性而參加鈉鹽，參加Na2CO3NaCl，則粘土顆粒聚結(jié)。故泥漿處理參加無機鹽時，必需考慮陰離子的影響?！踩畴p電層理論對粘土水化的應(yīng)用分析由于吸附的陽離子水化，使粘土顆粒四周形成水化膜。電動電位愈高，集中一重要結(jié)論對鉆井而言，具有兩個方面的實際應(yīng)用意義。雙電層理論對鉆井泥漿應(yīng)用的指導(dǎo)意義在于：①原生膨潤土礦多為鈣膨潤土，造漿時參加一價鈉鹽，供給Na+，因離子交換吸附，集中雙電層中陽Ca2+Na+Ca2+，ζ聚結(jié)，用以配制不同種類〔分散的或適度聚結(jié)的〕的泥漿。從井壁穩(wěn)定的角度來看，雙電層理論也有重要的指導(dǎo)意義：假設(shè)所鉆地，ζ易使井壁水化分散，給鉆井工作帶來井眼縮徑、垮塌等不利影響。因此，在石油自然氣鉆井、根底工程鉆掘及其他遇到泥巖、頁巖、粘土等地層鉆進(jìn)時，實行壓ζ〔四〕正電荷集中雙電層Al-OHSi-OOH－和O2-，因電離或斷鍵而離去，于是粘土顆粒的端部便帶正電荷，形成帶正電荷的顆粒而言，所帶的凈電荷是負(fù)的。pHpHpHpH性狀態(tài)，即pH值必需大于7，8.0～9.0，有時要求pH值高達(dá)9～10以上。型一般粘土，并且泥漿中還加有不同種類、不同數(shù)量的處理劑，因而粘土-水分4-711-7粘土在水中的分散狀態(tài)示意圖D-E-邊-面結(jié)合，聚結(jié)且絮凝；F-邊-邊結(jié)合聚結(jié)且絮凝顆粒之間的聯(lián)結(jié)有三種情形：面-面接觸，邊-面接觸和邊-邊接觸。以蒙脫石為CE而以高嶺石為主的劣土，則從含量低時的B型向D、F型進(jìn)展。鉆進(jìn)時含有巖屑第四單元泥漿的穩(wěn)定性泥漿分散體系中，粘土顆粒的分散和聚結(jié)是泥漿體系內(nèi)部兩種對立的傾沉降穩(wěn)定性和聚結(jié)穩(wěn)定性?！惨弧衬酀{的沉降穩(wěn)定性Stokes(11-2)式中r分散介質(zhì)的粘度，Paos；g--重力加速度，m/s-2?！?〕球形顆粒的運動要格外緩慢，四周液體呈層流分布〔2〕顆粒間距離是無限遠(yuǎn)，即顆粒間無相互作用〔3〕是連續(xù)介質(zhì)。由〔11-2〕式可看出：沉降速度與顆粒半徑的平方，顆粒和介質(zhì)的比重差呈正比，與介質(zhì)粘度呈反比。尤以顆粒的大小對沉降速度影響最大。2.71.0，分散介質(zhì)1.5×10-3Paos1cm1μm用一般粘土配制的泥漿，其中的粘土顆粒大都在1μm以上，故不加處理劑難以度?！捕衬酀{的聚結(jié)穩(wěn)定性泥漿的聚結(jié)穩(wěn)定性是指泥漿中的固相顆粒是否簡潔自動降低其分散度而聚力，這兩種相反作用力便打算著泥漿分散體系的聚結(jié)穩(wěn)定性。泥漿分散體系中粘土顆粒之間的排斥力是由于粘土顆粒都帶有負(fù)電荷，粘〔負(fù)電荷〕的粘土顆粒彼此接近排斥勢能〔VR〕打算于顆粒所帶的電荷，同時是相互間距離的函數(shù)。它大致是隨著顆粒間距離的增加呈指數(shù)下降，故近似地可寫成：(11-3)厚度的量度，m-1。泥漿分散體系中粘土顆粒之間的吸引力是范德華引力。范德華引力是色散力、極性力和誘導(dǎo)偶竭力之和。對兩個原子來說其大小與兩原子間的距離的76。但泥漿中的粘土顆粒是由大量分子組2H0r時，則兩顆粒間的吸引勢能〔VA〕為：(11-4)式中A--Hamaker常數(shù)，負(fù)號表示吸引能。11-8間的勢能是排斥勢能和吸引勢能之和，即：V=VA+VR (11-5)11-8相互吸引位能曲線V(1)V(2)VAVR(1)VR(2)之和11-8VAVRV〔2〕則表示線V〔1〕上有一最高點，叫斥力勢壘，顆粒的動能值只有超過這一點才能引起聚結(jié)，所以勢壘的凹凸往往標(biāo)志著分散體系穩(wěn)定性的大小。有加重劑等其他固相物質(zhì)參加的時候，加重劑等物質(zhì)的重量也須計入。泥漿的固相含量指泥漿中固體顆粒占的重量或體積百分?jǐn)?shù)。泥漿中的固相按固相比重來劃分，可分為重固相〔4.5，6.0，方鉛礦為6.9等〕和輕固相〔粘土比重一般為2.3～2.6，2.2～2.8之間。泥漿的含砂量指泥漿中砂粒占的重量或體積百分?jǐn)?shù)。承受造漿率高的膨潤土配制泥漿，粘土含量〔重量/體積〕4～6%以下便可4%左右〔體積含量1.05～1.08泥漿的比重和固相率低的粘土配漿，要到達(dá)同樣的粘度，粘土用量要達(dá)20～含量對鉆井有重要意義和影響。地層壓力的掌握鉆井中防止漏失，涌水和維持孔壁的穩(wěn)定，重要的一點是要維持鉆孔-地層間垂直深度，即：Ps=0.1γH (11-6)度，m?！不蛏疃菺s梯度，則：(11-7)圖11-9泥漿固相含量對鉆速GsGp的影響對鉆速的影響近年來進(jìn)展的泥漿比重、固相含量對鉆速影響的爭論得出如下的結(jié)論：鉆速下降尤為明顯。重泥漿的鉆速要比一般泥漿高，由于加重泥漿的固相含量低。泥漿的比重和固相含量一樣，但固相的分散度不同，則固相顆粒分散得11-91μm1μm12重和固相含量，而且應(yīng)降低固相的分散度，即應(yīng)承受不分散低固相泥漿。含砂量的影響〔主要為巖屑〕含量會給鉆進(jìn)造成很大的危害。首先，無用〔見下節(jié)〕變壞，流態(tài)變差。不僅使孔內(nèi)凈化不好漿中無用固相含量高，泥餅質(zhì)量變壞〔泥餅疏松，韌性低，泥餅厚。這樣，不〔其構(gòu)造如圖11-10。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〔主刀口坐在主刀墊上。移動游碼，使杠桿成水平狀態(tài)〔水平泡位于中心。讀出游碼左側(cè)的刻度，即為泥漿的比重值?？梢园堰@種方法的原理形象地歸結(jié)為“杠桿原理“。圖11-10 泥漿比重秤1-杯蓋；2-泥漿杯；3-水平泡；4-主刃口；5-主刀墊；6-7-游碼；8-杠桿；9-金屬顆粒1.0減裝在杠桿右端小盒中的金屬顆粒來調(diào)整。對泥漿中固相含量的測定，一般承受“蒸餾原理“〔11-11。取肯定相的體積，計算泥漿中的固相含量，其單位為重量或體積百分比。11-11鉆井液固相含量測定儀蒸餾器；2-加熱棒；3-電線接頭；1-過濾筒；2-漏斗；3-玻璃量杯4-冷凝器；5-量筒對泥漿的含砂量的測定，承受篩析原理，如圖11-12所示。11-12泥漿含砂量測定過濾筒；2-漏斗；3-玻璃量杯泥漿的流變性是指泥漿的流淌和變形性質(zhì)，它以泥漿的粘稠性為主要爭論闡述。在此，結(jié)合鉆井工程實際，對泥漿流變性做進(jìn)一步的爭論。(一)泥漿流型的不同形成機理泥漿流淌時的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系用流變方程和流變曲線來表達(dá)。其它們的含量?！苍谖醇酉♂寗┖透邽檫m宜。越大，順流方向性越強，阻力增加得越慢。流變關(guān)系更為適宜。(二)泥漿粘稠性對鉆井工作的影響動身點。定適宜的泥漿粘度和動切力。(三)泥漿的表觀粘度與剪切稀釋作用τ〔上都能被很好地說明。假設(shè)取剪切速率比較中間的某肯定值作為對象，用該點比較標(biāo)準(zhǔn)。(四)泥漿的凝膠強度和觸變性具有快速中等強度的觸變性。〔一〕失水造壁性的概念〔泥餅，稱為造壁〔圖4-13。井中的壓力差是造成泥漿失水的動力，它是由于井裂隙是泥漿失水的通道條件，它的大小和密集狀況是由地層巖土性質(zhì)客觀打算其他固相附著在井壁上構(gòu)成泥皮，不再滲入地層。11-13泥漿失水造壁性示意圖土多而且水化效果好，則形成的泥皮致密而且薄，泥漿失水便小。反之，泥漿中泥皮厚度〔更嚴(yán)格地說應(yīng)是濾余物質(zhì)〕是隨失水量增大而增加的。的失水稱為瞬時失水或初失水。固失水速率比動失水小。率相等時，泥皮厚度動態(tài)恒定，失水速率也就根本不變。至鉆井完成?！捕呈詫︺@井工作的影響很多狀況下，泥漿的失水對鉆井的危害較大。剝落、坍塌；粘結(jié)，減小了摩擦阻力，裂開物易滑入井眼內(nèi)，造成井壁坍塌、卡鉆等事故；(4)厚泥皮會加大對鉆具的吸附，使鉆桿回轉(zhuǎn)阻力增加；(6)厚泥皮使測井?dāng)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性降低；失水量越多，對地層的侵染越嚴(yán)峻；產(chǎn)量。有利于鉆頭對其裂開，提高鉆進(jìn)速度?！踩呈坑绊懸蛩胤治龇治鍪康挠绊懸蛩丶捌湎嗷ブg的關(guān)系，以靜失水為爭論根底。鉆孔直徑相比很小。泥皮的厚度隨時間增加而漸漸增大。按達(dá)西定律則有：(11-8)即濾失量，m3；t--滲濾時間,h。當(dāng)肯定量泥漿完全濾失掉時，則有下面的關(guān)系；Vm=h·A+Vt;Vt=h·A·Cc 式中Vm---過濾的泥漿體積,m3；Vt--,m3；Cc---泥皮中固體顆粒的體積百分?jǐn)?shù)。Cm為泥漿中固體顆粒的體積百分?jǐn)?shù)，即,于是上式可得：(11-10)將式〔11-10〕代入式〔11-9〕中，得：整理后有：積分后得：即：

(11-11)(11-12)由式〔11-12〕看出：單位滲濾面積的濾失量與泥皮的滲透率K、固相含量因素、Pt的大局部因素，其數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程精準(zhǔn)，便于建立統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)。重在兩個問題上進(jìn)展深入爭論〔1〔2上相對滑動的潤滑性和粘滯阻力。的沖刷。1、靜失水儀〔11-157.1×105Pa20～25℃。測量時連續(xù)測兩個點〔7.5min，30min，然后按計算，衡量泥漿的失水特性。11-15氣壓式失水儀12-放水閥；34-泥漿杯；放空閥旋扭；7-壓力表；氣瓶；10-氣源總體端益2、動濾失儀11-1610MPa，相對濾器外表產(chǎn)生的流速梯度范圍2.2L。底部裝有濾紙過濾孔，側(cè)壁有兩個巖3～18cm。既可測得泥漿在濾紙上的動、靜失水量，又能在不同滲透率的巖心上測得動、靜失水?dāng)?shù)據(jù)。動濾失儀3、高溫高壓失水儀11-17〔便攜式〕除能模擬井下溫度和壓差外，還能模擬泥漿流淌時對井壁產(chǎn)生的剪切速率，其主要性能指標(biāo)為：工作壓力0～300MP20～150℃0～700S-1200～300ml圖11-17 水儀第四單元泥漿的其它性能膠體率與穩(wěn)定性泥漿的膠體率是泥漿中粘土水化分圖11-18泥漿潤滑性用潤滑儀測定100ml5ml，則說明泥漿膠體95%96%以上。24h0.02。pH對泥漿的性能有很大影響。粘土顆粒帶負(fù)電，它必需PHPH8～11PHNaOH、Na2CO3Ca〔OH〕2pHpHpH位計〔酸度計。一般是對泥漿濾液進(jìn)展測量，有時也可直接對泥漿進(jìn)展測量。潤滑性與泥皮粘滯性以在一般泥漿中參加一局部油或無機潤滑劑如硫化鉬〔MOS〕和石墨粉等。泥漿11-18當(dāng)兩者發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時，讀出轉(zhuǎn)矩數(shù)值并換算出被測液體的摩擦阻力值。泥皮粘滯性是衡量鉆進(jìn)過程中鉆具回轉(zhuǎn)或升降時，受泥皮阻尼的特性。比較重要的性能指標(biāo)。泥皮粘滯性可用泥皮粘附系數(shù)測定儀測量。抑制性第四節(jié)。第一單元泥漿的一般設(shè)計方法材料用量計算；確定泥漿的制備方法；擬訂泥漿循環(huán)、凈化、治理措施。按平衡地層壓力的要求計算泥漿的重度ν。即νh=PCνh=P0。PC、P0別為井深H處的地層側(cè)壓力或地層空隙流體壓力，它們確實定方法見本章第三PCP0之間的某值。一般鉆井泥漿的重度在1.02～1.40之間。ητ。ητη10cP～100cP，τ～，應(yīng)視不同鉆井狀況具體確定。另外，在一些狀況下，還要考慮泥漿的剪切稀釋作用和觸變性。泥漿的其他設(shè)計指標(biāo)的參考范圍為：失水量一般應(yīng)不大于15ml/30min，90%，pH6～11滑性必要時應(yīng)掌握在。計的關(guān)鍵所在。一些相對次要指標(biāo)的要求，以求得最終的低本錢和高效率。泥漿總體積的計算。所需泥漿總量VV1、地表循環(huán)凈化系V2V3V=V1+V2+V3 (11-13)其中鉆孔內(nèi)泥漿量為：．地表循環(huán)凈化系統(tǒng)泥漿量為泥漿池、沉粘土粉用量計算配制1m3體積的泥漿所需粘土重量q按以下過程推導(dǎo)計算：(11-14)2.6～2.8；-泥漿的比重；-水的比重．配漿用水量計算1m3Vw(11-15)增加比重加土〔或重晶石〕量的計算配制加重泥漿時，加重1m3泥漿所需加重劑的重量W(Kg)為：(11-16)降低泥漿比重所需加水量x〔m3〕(11-17)式中：V-原漿體積，(m3)；泥漿處理劑的用量計算來計算。無論是井場制備或泥漿站集中制備供給各井場，制備泥漿的設(shè)備圖11-19立式泥漿攪拌機有兩種：一是用泥漿攪拌機〔臥 1-輸水管；2-工作輪；3-齒輪箱；4-軸承；式或立式的；一是用水力攪拌。5-傳動軸；勘探巖心鉆探用的泥漿攪678910-拌機，臥式的容量一般為0.3～攪拌桶m0.5～1m〔11-1980～100r/min〔11-20上升至容器上部，輸出泥漿。反復(fù)循環(huán)幾次后，便可配得所需性能的泥漿。11-20泥漿水力攪拌器1-漏斗；2-三通管；3-噴嘴；4-容器；5-鋼板入循環(huán)系統(tǒng)中，由水泵送入孔內(nèi)使用。第五節(jié)砂、礫層中使用的泥漿械分散地層。由于顆粒之間缺乏膠結(jié)，鉆進(jìn)時井壁很簡潔坍塌。井壁的穩(wěn)定性增加。提高泥漿粘度，主要通過使用高分散度泥漿〔細(xì)分散泥漿、增加泥漿中的粘土含量、參加有機或無機增粘劑等措施來實現(xiàn)。細(xì)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〔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、木成功工程很多，包括在流砂地層中鉆進(jìn)。在此舉出以下一些典型的配方實例。1、Na-CMC〔鈉羧甲基纖維素〕泥漿150～200g，1000ml，5～10Kg，Na-CMC6kg1.07～1.125～35s，12ml/30min，pH9.5。2、鐵鉻鹽-Na-CMC〔稀釋200g，501.10，25s，12ml/30min，pH9。3、木質(zhì)素磺酸鹽泥漿18～40s，5～10ml/30min，靜切力1min6～45dPa，10min12～90dPa，在鉆進(jìn)過程中為進(jìn)一步降失水可每立1～3kgNa-CMC。4、腐植酸泥漿腐植酸泥漿是用煤堿劑或腐植酸鈉〔鉀〕做穩(wěn)定劑〔防絮凝〕的，它可以與其Na-CMC1m350～200kg3～5kgNa2CO3905～955L靜切力1min18～60dPa，10min36～120dPa，pH9～10。第一單元鹽水泥漿配制原理蝕掉，其結(jié)果常常導(dǎo)致井眼超徑、垮塌。應(yīng)付水溶性地層，主要從兩方面入手解決：一是降失水，其原理和方法進(jìn)，承受鹽水泥漿作為鉆井液，防塌效果良好。1%，或用咸水〔海水〕配制的3～7%3.3%～3.7%33%～36%。抗粘土侵的力量強，抑制泥頁巖水化膨脹，坍塌和剝落的效果好。鹽水泥漿的配制有兩種狀況：其一是先用淡水制備分散性泥漿，然后加土，海泡土等。由淡水泥漿轉(zhuǎn)為鹽水泥漿4-201%時泥漿粘度，切力和失水量的變化不大，屬淡水泥漿的范圍；②泥漿中含鹽量大于1%時，粘度、切力和失水量隨含鹽量增大而快速上升，當(dāng)含鹽量達(dá)某一值時〔此值依粘土特性而定、粘度、切力到達(dá)pH泥漿性能的這種變化，可用以前闡述的雙電層原理解釋。隨著NaCl參加量的增加，泥漿中Na+增多，這樣粘土吸附層中陽離子數(shù)目增多，由此ζ聚結(jié)構(gòu)造，因而粘度、切力上升，由于聚結(jié)，水化膜變薄，自由水增多，失水量NaCl11-203%左右，粘土顆粒聚結(jié)明顯，分散度下降，致使粘度切力下降，失水量連續(xù)上升。11-20NaCl1-〔用5土泥漿〕11-20NaCl1%～3%的鹽水泥漿，則泥漿處理應(yīng)著重于降粘度和切力，而配制含鹽量大于3%的鹽水泥漿，泥漿處理主要應(yīng)降失水。結(jié)果。〔加堿〕預(yù)水化，制要加降失水劑；③加鹽轉(zhuǎn)為鹽水泥漿，并用有機處理劑調(diào)整泥漿性能，如加CMC以降失水；④加NaOHpH〔巖屑和孔壁吸附〕需補加鹽水溶液〔含有機處理劑。用咸水或海水直接配制泥漿由于一般粘土在咸水中分散效果差，故粘土懸浮液的失水量大，泥漿易〔江蘇盱眙〕在淡水中的造漿率雖然僅為10m3/t，而在飽和鹽水中的造漿率竟14～19m3/t，17.2m3/t。930m2500mCMC25kg，OP4.5kg，4.5kg，10kg，洗衣粉53kg，5kg1.21，漏斗粘度34s，失水量4.4ml，泥皮0.3mm，塑性粘度21mPa·s，動切力2.75Pa，pH8。另一深井鉆厚層巖鹽時，使用CMC-FCLS飽和鹽水泥漿，其組成為純堿0.5mm，pH9～10，維護(hù)時將各種處理劑的混合液與食鹽一起參加，混合液的配比是：丹寧:燒堿:CMC:FCLS:純堿:水=8:16:10:40:10:100。中等硬度的巖石也比粘土和砂、礫要硬得多。對于鉆進(jìn)而言，堅硬巖石有以下特點：，簡潔燒鉆，這對鉆進(jìn)是不利之處。硬巖中鉆進(jìn)多見于地質(zhì)勘探孔等狀況，此時一般孔徑較小〔小于而孔深則較大〔1000m，因此鉆進(jìn)液的循環(huán)阻力大。鉆進(jìn)堅硬巖石形成的井壁相對穩(wěn)定，除了遇到較大的地層裂開帶，一般狀況下不易發(fā)生像土層、泥頁巖和砂礫層那樣的嚴(yán)峻坍塌垮孔。因而懸排鉆屑較為簡潔。壁性往往要求不高。在泥漿中，聚丙烯酰胺〔PAM〕不分散低固相泥漿是一種用于硬巖石鉆進(jìn)的泥漿類型，其主要組成包括：預(yù)水化膨潤土、聚丙烯酰胺絮凝劑、降失水劑、潤滑劑和水。所謂低固相是指泥漿體系中的固相〔包括造漿粘土和巖屑〕含量按體積PAMPAMPAM⑨污染減輕、本錢較低。主的，也有用于提高泥漿粘度、抑制地層分散等為主的。這里，僅以絮凝除碴為主的聚丙烯酰胺-聚丙烯腈泥漿〔雙聚泥漿〕為例，介紹其具體配方。這種泥漿250×10430%〔HPAN聚丙烯腈鈣CPAN，低分子量聚丙烯酰胺LAP〕等作為降失水劑。這種泥漿不用分散型處理劑，泥漿粘度低，流淌性好，有較好的護(hù)壁和除砂效用，失水量中等，可用于一般松軟和水敏性地層鉆進(jìn)，其一些配方如表11-7所示。粘土造漿率質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)表 表11-7泥漿配方泥漿主要性能表觀塑性動切編號粘純堿量(占土量〕%PHPppmCPAppmHPANppm密度g/cm3漏斗粘度粘度粘度× ×s 10-310-3力×478Aplml泥皮mmPHPa·sPa·sPa14.762002001.0226 15 9.06.5140.58.524.764002001.0229 19 129120.58.53561001001.0323 14 --20-9456350150*1.0224.4- --10.5-95563751251.0225 - --10.8-9656100100*1.0225.4- --11.1-8.5*PAM，7×104，30%砂的目的。系遭到破壞。對此，高溫條件下使用的泥漿應(yīng)考慮解決如下問題：①選用耐高溫的造種樹脂與腐植酸類的復(fù)合物則既抗高溫又抗鹽，是目前抗高溫處理劑的進(jìn)展方11-8可提粘，提高攜帶鉆屑的力量。處理劑名稱抗溫力量〔℃〕抗溫力量〔℃〕鉆井粉〔于淡水中〕70處理劑名稱抗溫力量〔℃〕抗溫力量〔℃〕鉆井粉〔于淡水中〕70磺甲基丹寧180～220生物聚合物120～140水解聚丙烯腈200～230纖維素及其衍生物140～160220～230〔或更高〕鐵鉻鹽130～180磺甲基酚醛樹脂220～230〔或更高〕泥漿體系的設(shè)計上，依地?zé)峋臏囟炔煌煞譃槿N狀況：固相泥漿；〔2〕100℃以上至200℃的中溫地?zé)峋话愠惺芘驖櫷?，高嶺土或海泡土配溫石棉。〔3〕200℃以上為高溫地?zé)峋淠酀{的配制主要用海泡土，處理劑主要是褐煤，特種樹脂，丙烯酸類和耐溫石棉。美國和日本用的泥漿組成和性能如表11-9所示。粘土造漿率質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)表 表11-7泥漿組成適用井國別 膨 潤溫℃ NaOH%土%

溫石棉%110～200110～2003～4-0.5～12～3-0.3～0.51～2日本200-2～40.5～12～3-0.3～0.50～2上200美國 - 4～4.50.5～0.6- 1.4～1.50.25～0.3-上泥漿性能國別 漏斗粘度塑性粘度屈服值膠凝強度失水量比重 pHs mPa·s 0.478Pa 0.478Pa ml1.05～1.0815～2010～155～105～1010～209.5～10日本1.05～1.1535～405～105～105～1010～209.5～10美國1.08～1.0338～425～105～105～1010～209.5～10注：*BH-特種腐植酸鹽和自然樹脂的復(fù)合物，泥漿中加有甲基磺化櫟木劑〔作稀釋劑〕230℃以下潤滑減阻，使泥漿的摩擦0.15經(jīng)不能解決問題。由于過量的粘土勢必使泥漿粘度、切力增大，導(dǎo)致泥漿在流淌效果不顯著。因此，應(yīng)當(dāng)用特地的加重劑增加泥漿比重。200余不大于3%。重晶石只溶于濃硫酸，生成硫酸氫鋇，不溶于水、有機溶劑、其他酸和堿溶液。石灰石粉CaCO32.2～2.9，CO2碳酸鈣。石灰石粉也可作堵漏材料用。4.9～5.2Fe3O45.3Fe2O37.4～7.6〔PbS〕等。按泥漿比重的要求計算加重劑用量的計算方法，詳見本章第四節(jié)。2、泡沫泥漿是目前應(yīng)用較廣泛的低比重泥漿，其比重可降低至0.65～0.70平衡地層壓力的同時，由于其比重低，有利于提高機械鉆速。護(hù)壁堵漏12-1地層分類成因類型典型地層復(fù)雜情況鉆孔超徑，污染泥地層分類成因類型典型地層復(fù)雜情況鉆孔超徑，污染泥鹽巖、鉀鹽、光鹵石、芒各種鹽類地層水溶性地層漿，孔壁掉塊，坍塌松散粘土層、各種泥巖、膨脹縮徑，泥漿增〔溶脹各種粘土、泥軟頁巖，有裂隙的硬頁稠，鉆頭泥包，孔巖、頁巖巖，粘土膠結(jié)及水溶礦物壁外表剝落，崩解落地層〕膠結(jié)的地層垮塌超徑松散的孔隙性地孔壁垮塌，鉆孔超徑造裂開帶裂隙地層 節(jié)理、斷層發(fā)育地層巖裂隙地層 坍塌溶隙、溶洞發(fā)育地層〔石巖溶地層溶隙地層膏，石灰?guī)r，白云巖，大漏水，涌水，坍塌理巖〕封閉的儲油、氣、高壓油、氣、 儲油氣水的背斜構(gòu)造井噴及其帶來的一水的孔隙型地層，水地層 逆掩斷層的封閉構(gòu)造 切不良后果裂隙及溶隙地層巖漿活動帶與放泥漿處理劑失效，高溫地層射性礦物有關(guān)地地層不穩(wěn)定，H2S地層層造成危害是先有一種表現(xiàn)，繼而再消滅其他簡單狀況。坍塌。唯一對應(yīng)的主應(yīng)力狀態(tài)；接著，設(shè)法獲得井壁巖石的某種強度指標(biāo)；最終，將主應(yīng)力狀態(tài)與強度指標(biāo)比較，得出井壁巖石是否發(fā)生失穩(wěn)破壞的結(jié)論。由上覆地層造成的垂向壓力(12-1)式中：γ--上覆地層比重；h--地層深度，m。由垂向壓力導(dǎo)致的側(cè)向壓力式中：λ--測壓系數(shù)；μ--地層泊松比；井中靜液柱壓力：γw--液體比重關(guān)于地層孔隙流體壓力的說明

(12-2)(12-3)于正?？紫秹毫顟B(tài)，它等于流體的靜液柱壓力，即：(12-4)式中：γ--流體比重；H--流體靜液柱高度，m。低壓。井壁地層中某一點〔12-1〕的應(yīng)力狀態(tài)可由彈性力學(xué)厚壁筒理論解得：12-1地層厚壁筒模型示意圖(12-5)(12-6)(12-7)垂向正應(yīng)力；P1、P2--分別為井中液壓力和地層水平方向壓力；a、b--分別為厚壁筒的內(nèi)、外半徑；r--該點距井中心的水平距離?！瞓>>a3的應(yīng)力狀態(tài)為：σr=-P1σθ=P1-P2σz=γ·h

(12-8)(12-9)(12-10)比較簡單，必需通過主應(yīng)力變換公式計算得到。σ1σ2σ3，要視具體參數(shù)代入后的計算結(jié)果來確定。σbc、單軸抗拉強度σbt間接地得到。料破壞判別式中即可得出井壁是否失穩(wěn)破壞的結(jié)論。公式〔12-11〕是較常用的σ1σ3σb數(shù)值代入后，假設(shè)不等式成立，則井壁失穩(wěn)破壞，否則井壁穩(wěn)定。(12-11)也可依莫爾圓理論，用圖形方法求得相應(yīng)的結(jié)果。12-2摩爾應(yīng)力圓圖解σbt〕L；以兩圓的切σ1σ3σσ1-σ3〔σ1+σ3〕/2〔圓L，則井壁失穩(wěn)破壞，否則井壁穩(wěn)定。第三節(jié)井眼漏涌水的爭論、測試第在。存的混合地層。相應(yīng)地，反映地層空隙性的參數(shù)指標(biāo)分別為：孔隙率--巖石中孔隙的體積與巖石總體積之比。又細(xì)分為確定孔隙率和有效孔隙率，前者含全部孔隙，后者僅含相互貫穿的孔隙。裂隙率--裂隙體積與巖石總體積之比。又細(xì)分為體積裂隙率、面積裂隙率、線性裂隙率、裂隙密度、裂隙張開程度等。巖溶率--巖溶體積與巖石總體積之比。有體積巖溶率、面積巖溶率和線性巖溶率之分。做過具體介紹，其中兩個重要指標(biāo)是滲透率kK。以達(dá)西滲透定理微的計算公式：(12-12)漏失層厚度；△P--井眼中與地層間壓差。隙率為m時，則其滲透率為：k=m(δ2/12) (12-13)透定律：(12-14)式中：QP--巨大裂隙滲透量。(一)機械鉆速的觀測隙消滅的深度和尺寸進(jìn)展直接考察。中劃分地層、比照地層既準(zhǔn)時、直觀，又便利。結(jié)論比較接近地層的真實狀況。(二)巖心和巖粉的觀測液中就不會含有巖屑。屑的粒度組成來評價漏失通道的張開量，在雙目鏡下挑出全部裂隙和溶洞充填發(fā)育系數(shù)和張開系數(shù)等。(三)鉆井液性質(zhì)變化及消耗量的觀測變化的觀測，以便即時實行防止漏失的措施。增加。所以要特別留意觀測沖洗液突然大量漏失時單位時間的消耗量(漏失強度)。假設(shè)漏失嚴(yán)峻，孔內(nèi)不返水時，則應(yīng)盡快觀測孔內(nèi)水位高度。必要時應(yīng)提變化數(shù)據(jù)，按動靜水位差及漏失強度初步計算該地層的滲透性。1～4h鉆進(jìn)時應(yīng)按時測量記錄沖洗液的增加量和消耗量。變化狀況。此外，還應(yīng)記錄漏失緣由的分析及處理效果的分析。(四)涌水現(xiàn)象的觀測水量，以及水的溫度。地下含水層和鉆孔漏失都很有用。(一)視電阻率測井極不同又分為一般視電極系測井、微電極系測井和井液電阻率測井。視電阻率測井曲線(圖12-3)可用于劃分鉆孔地質(zhì)剖面，確定含水層的位置、厚隙中布滿不同礦化度的水時，它們的電阻率會降低很多。12-3視電阻率測井曲線ρ1ρoρm(12-15)np--1.5～3.0。(二)放射性測井它能更本質(zhì)地反映巖石的性質(zhì)；②γ射線和中子流具有較強的穿透力量，它不孔中均可應(yīng)用。目前常用的方法有：自然伽瑪法〔γ中子-中子法(n-n)和中子-伽瑪法(n-γ)以及放射性同位素法等。典型的例如見圖12-4和圖12-5。12-4用γγ12-5n-n實例(三)聲波測井

1-粘土;2-礫石;3-砂;4-泥巖20230Hz，故又稱超聲波測井。目前常用的構(gòu)造狀況的聲波電視測井。聲速測井儀常承受單放射雙接收井下儀器[圖〔12-6〕a]，當(dāng)聲波由聲波放射Δts，μs／m。習(xí)慣上把聲波在巖層12-〔a〔b。(a) (b) 12-6聲速測井原理與應(yīng)用示意圖；R1、R2-聲納接收器；L-源距；l-間距；△t-時差(b)1-粘土；2-砂；3-泥巖；4-砂巖；5-礫巖(c)井徑變化時在砂巖上下界面造成聲波時差曲線的特別m的孔隙度，則：(12-16)a=-，b=，則：(12-17)tf△tmtsm(四)溫度測井涌狀況。在不穩(wěn)定狀況下常用抽水法，假設(shè)估量漏水處溫度為T2，則先將溫度為T1T2>T1井內(nèi)溫度上升；當(dāng)T2<T1時，則井內(nèi)溫度降低。沿井深溫度曲線變化大的位置即定漏失位置。12-712-7(b)表示含水層壓力很低所導(dǎo)致的漏失，需要用水泵從孔口向孔內(nèi)注水才能12-7(c)說明孔內(nèi)含水層壓力較高，孔口必需安裝密封器并用水泵向孔內(nèi)壓水才能測得含水層的水文地質(zhì)參數(shù)(孔口壓力由壓力表指示)，圖12-7(d)說明在鉆桿下端裝有封隔器及流速儀，來自水泵的水經(jīng)鉆桿送入井內(nèi)使封隔器膨脹隔離層間的水力聯(lián)系，同時用流速儀測定下層的滲漏參數(shù)。 (b) (d)12-7漏失測量示意圖用。本節(jié)只爭論水敏性地層遇水不穩(wěn)定問題。構(gòu)造特點〔見第十一章，當(dāng)頁巖與水接觸后，通過粘土對水的吸附、吸入、吸進(jìn)和吸取，以很大的力把水吸到頁巖內(nèi)部來。頁巖的外表水化力可以用埋藏某一深度的頁巖的擠壓力來估算。巖石埋藏愈3048m36.73MPa。力可由下式計算：(12-18)P--滲透壓力〔大氣壓；R--氣體常數(shù)；T--確定溫度，K；θ滲透系數(shù)；m--溶液的含鹽濃度；e--每摩爾溶質(zhì)的離子數(shù)。〔50×50×50〔況隨時間的變化狀況，如膨脹、開裂、倒塌、分散等。12-8圖12-8壓力室內(nèi)頁巖試樣示意圖斯(GlenRose)C級頁巖漿濾去水分而制成。頁巖漿是由2250g的地面頁巖用750ml31MPa9%以后，切成水分含量相等的100mm的巖心試樣。在試樣中鉆出直徑為25.4mm、井眼中泥漿壓力和掩蓋重量產(chǎn)生的上覆壓力。試驗液體在65.6℃下通過在巖心內(nèi)鉆孔循環(huán)6h，掩蓋壓力和泥漿循環(huán)壓力都是20.7MPa,孔隙壓力是1.72MPa。16～18h。然后將試樣切成兩半，用來檢驗?zāi)M井眼條件時各種液體對頁巖穩(wěn)定性的影響。第四單元頁巖穩(wěn)定性指標(biāo)(SSI)的試驗方法D示人造或自然頁巖巖心遇水膨脹和剝落的特征和大小。頁巖漿液是用七份干的格倫勞斯C260g7MPa2h圓柱形鋼杯中，然后用9MPa的負(fù)荷將巖心擠入杯中，再用一個標(biāo)準(zhǔn)的油脂針入度儀(GreasePenetrometer)量測其外表硬度。杯子和壓好的巖心被固定在瓶罩內(nèi)，并浸入包含各種試測溶液的品脫瓶中。巖心試樣在65.6℃下暴露在試驗溶16h，并用低速滾動以模擬沖洗液對巖心的沖蝕影響。然后將瓶冷卻，試樣試驗完畢。利用下式計算不同溶液中的頁巖穩(wěn)定性指標(biāo)(SSI)：(12-19)式中：Hi-針入度儀的初始讀數(shù)，mm；Hf--浸泡后針入度儀讀數(shù)，mm；D--由針入度儀測得的膨脹值或侵蝕值，mm。第五單元英蘇林(Ensulin)液體吸取儀用英蘇林(Ensulin)液體吸取儀測量頁巖巖屑的膨脹性，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模式，決掌握頁巖穩(wěn)定的有關(guān)問題。12-9英蘇林(Ensulin)膨脹儀英蘇林膨脹儀(圖12-9)的試驗程序如下：將頁巖粉末或碎屑放入樣品杯內(nèi)的的濾紙。關(guān)BAB由于頁巖在雙對數(shù)坐標(biāo)上呈線性關(guān)系，因而描述頁巖膨脹的方程式可表達(dá)為：(12-20)tMi--N--斜率，水化速度，每分鐘每克頁巖吸附液體的克數(shù)。Mit以下方程式來計算：(12-21)式(12-20)在雙對數(shù)坐標(biāo)上表示的是線性關(guān)系。(CapillarySuctionTime-CST)儀作為分析、評價和提出頁巖分12-10CST類方法的另一儀器是CST1-過濾漏斗；2-濾紙；3-電機；4-漿液6cm0.5cm、1.0cm1.5cm。15%1005ml0.5cm3%～5%。CST頁巖巖屑，直至水中無氯離子存在為止，然后再將巖屑烘干。12-11CSTCST呈線性關(guān)系，因此，頁巖分散性方程可表達(dá)為:(12-22)s；m1--斜率,表示頁巖在溶液中的分散速度；x--剪切時間,s；B--截距,表示瞬時細(xì)分散的膠體粒子量(初分散)水泥是一種良好的膠凝材料，不僅在建筑行業(yè)廣泛使用，而且早在20世紀(jì)40封孔、止水、固井、防噴、加固根底等。由于水泥具有貨源廣、本錢低、無毒、本節(jié)重點爭論水泥在鉆井護(hù)壁堵漏中的應(yīng)用。比，水泥護(hù)壁堵漏在工序上增加了特地灌注、候凝固結(jié)和重掃孔時間。護(hù)壁堵漏灌注水泥最常用的方法是用水泵通過鉆桿將水泥漿液輸送到井這一階段具有良好的流淌性。一般建筑用硅酸鹽水泥的候凝固結(jié)時間很長，如要到達(dá)它們的最終強度能夠盡量縮短水泥的候凝固結(jié)時間〔1～2d，甚至更短。鉆井護(hù)壁堵漏對水泥的后期強度并不要求很高，只要滿足井眼穩(wěn)定和阻塞漏失即可，它一般的抗壓強度只需到達(dá)建筑用固結(jié)體強度的20%。12-1212-12鉆井護(hù)壁堵漏水泥特性曲線堵的地層應(yīng)使水泥具有較明顯的膨脹性，等等。原理詳見第三章第五節(jié)。(一)一般水泥的外加劑分散時間，則用速凝劑；假設(shè)需改善流淌性，要用減阻劑等等。有不同的分類方法：Ⅰ.按功用分類調(diào)整水泥分散硬化速度的速凝劑和緩凝劑；供使水泥早期強度提高的早強劑；降低水灰比、改善漿液流淌性能的減阻劑或減水劑、稀釋劑；削減漿液的析水和失水的降失水劑；降低水泥漿比重的減輕劑；增加水泥與巖層粘結(jié)強度的膨脹劑；Ⅱ.按化學(xué)成分分類無機化合物類多用作早強劑、速凝劑等。有機物類非離子型以及高分子型外表活性劑等?？變?nèi)溫度、壓力、灌注方式、灌注工具等；⑤盡可能選用復(fù)合外加劑。(二)快硬早強水泥快硬早強水泥按其礦物組分，一般可分為四類：硅酸鹽類水泥熟料以硅酸鈣為主要組分，可通過調(diào)整礦物的相對含量，如提高C3S和C3A625鋁酸鹽類具有較高的早期強度。目前列入正式產(chǎn)品的有礬土水泥。的小時強度還難于滿足，為此，只有協(xié)作使用促凝早強劑來到達(dá)。硫鋁酸鹽類是以硫鋁酸鈣(C4A3)和硅酸二鈣(βC2S)為主要組分，其早期強度較高，是一鹽水泥(亦稱地勘水泥)和硫鋁酸鹽超早強水泥，B14、氟鋁酸鹽類是以氟鋁酸鈣(C11A7FC3S(C2S)為主要組分，其早期強度可以小特地供鑄造型砂粘結(jié)，機場跑道搶修以及工用。(三)油井水泥、地?zé)崴嚆@井過程隨著井深的增加，井底溫度和壓力相應(yīng)也不斷增加。實踐說明，每增水泥已形成系列，并將油井水泥分為一般油井水泥和高溫油井水泥。要求，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB202-78規(guī)定為：45℃油井水泥 適用井深在1500m以內(nèi)75℃油井水泥 適用井深在1500～2500m95℃油井水泥 適用井深在2500～3500m以上三個品種稱一般油井水泥或稱中深井水泥。對于溫度在120℃左右到已有定型產(chǎn)品?，F(xiàn)將常用的兩種油井水泥的性能介紹如下：一般油井水泥45℃、75℃95℃油井水泥的熟料，其礦物組成有較大的區(qū)分。45℃油可以調(diào)整熟料中C3S、C4A的相對含量(提高C3S含量，相應(yīng)降低C3A含量)。用75℃的油井水泥，由于井內(nèi)溫度上升而使分散加快。因此，應(yīng)進(jìn)一步降低熟C3A5%C3S緩分散時間。對于95℃油井水泥，由于使用溫度更高，分散更快，則宜選用不含有鋁酸鹽的貝利特熟料。這種熟料以C3SC3A。其礦物組成。試驗證明：在高溫高壓下的水C2S用途各異的水泥。C3A含量多少是影響油井水泥分散快慢和適用溫度的重要因C3S高溫油井水泥4000～7000m150℃～200℃，壓力為400～800×101325Pa下，仍具有較高的強度和良好的熱穩(wěn)定性。其緣由C-S-H(Ⅱ)類低堿性水化硅酸鈣的原因，有利于高溫高壓下強度的提高。為了適用在6000m高壓條件下可以形成以低堿性水化硅酸鈣為主要組成的水泥石。100m3℃；200℃以上，上述特點，用一般油井水泥明顯不能滿足要求。由于一般油井水泥只適用于100℃左右的條件，溫度上升將導(dǎo)致水泥石的強度降低而失效。地?zé)峋拈_發(fā)與C3ACa(OH)3SO2Ca(OH)2性提高。(四)低比重水泥具有現(xiàn)實意義。目前，降低水泥漿比重通常有以下三種方法：材料來源廣等特點。但是，在低溫下強度過低，高溫下強度退化嚴(yán)峻，比重只能1.4g/cm3用空心玻璃微珠或陶瓷球作低密度固相材料由于球內(nèi)空心布滿氣體，比重很小，僅為0.5～0.7g/cm3，將它混入水泥能配出低比重水泥漿。其優(yōu)點是略比前者要高。用充氣泡沫水泥漿它可將水泥漿比重降至0.42～1.68，并在該范圍內(nèi)任目前國內(nèi)外關(guān)注的最好的方法。利用多種探測方法摸清井內(nèi)簡單地層的類型、位置、構(gòu)造特征、巖性特點、孔深、漿液用量、灌注方法。能試驗，確定水灰比、外加劑量的合理配方。結(jié)強度和所對應(yīng)的時間為主要指標(biāo)，進(jìn)展轉(zhuǎn)變水灰比和外加劑的多種配方的試驗，從中遴選出抱負(fù)配方。所謂抱負(fù)配方，至少應(yīng)能滿足以下4條根本要求：方面在鉆桿中的流淌阻力小，從地面對井底泵送得動。桿全部提出地表并清洗完泵注設(shè)備后水泥漿才開頭分散。③水泥漿經(jīng)過自動分散固化，能夠到達(dá)可護(hù)壁堵漏的強度。以重透孔的時間。灌注前應(yīng)預(yù)備好并檢查灌注系統(tǒng)各部件(動力、水泵管線、鉆具、灌注器等)的工作牢靠性，避開和消退灌注過程中的各種故障。夠用。孔內(nèi)預(yù)備①通過分析、推斷，確定封堵孔段位置。工作。③丈量鉆具，校正孔深。④測定孔內(nèi)靜、動水位。等。水泵灌注法0.3～0.5m了使孔底返流均勻，替漿時可適當(dāng)慢轉(zhuǎn)鉆具。圖12-12灌注水泥示意圖(12-23)m；l--孔內(nèi)靜水位離孔口高度，m；q--每米鉆桿內(nèi)容積，L；--地面管線及水泵容積；K--壓水系數(shù)，0.90.95。依據(jù)上式計算，當(dāng)孔內(nèi)無水或水位很低時，壓水量到達(dá)機上鉆桿后〔約60～80鉆桿內(nèi)下降，并從鉆具底部返出鉆桿外，直至鉆桿內(nèi)外壓力到達(dá)平衡為止。10～15m〔1～2〕后再保證孔內(nèi)壓力平衡，還應(yīng)考慮在孔口回灌清水。以保證循環(huán)暢通。綜上所述水泵灌注法應(yīng)遵循的技術(shù)規(guī)程如下：鉆具通暢。鉆具下到離孔底0.3～0.5m7-13灌注水泥示意圖灌注過程或灌漿完畢，可轉(zhuǎn)動鉆具，不能上提鉆具，待替漿前方能上提鉆具。全部漿量應(yīng)一次灌完，不得中途停泵，防止?jié){液斷開或被水稀釋?？變?nèi)。應(yīng)考慮孔內(nèi)水位凹凸，準(zhǔn)確計算替漿壓圖12-13網(wǎng)袋灌注水泥漿示意水量。 圖替漿完提鉆應(yīng)離開水泥面10～15m方能1-鉆孔鉆桿正反接頭清洗鉆具。 4-布袋；提鉆速度要慢，防止抽吸作用并準(zhǔn)時在5-帶孔眼的鉆桿；6-溶洞；7-孔口回灌清水。 水泥漿；8-堵塞物漿液可泵性好。水泵灌注法還可用在以下特別狀況下：加壓灌注法失層上部，以使在灌注時孔內(nèi)造成高壓，迫使水泥漿進(jìn)入地層。分段灌注法段灌注法。充填注漿法又能提高封堵效果。網(wǎng)袋注水泥法掌握水泥漿的集中流失范圍〔12-13。灌注器灌注法當(dāng)堵塞大的裂隙或溶洞時，為了削減水泥漿的流失，往往選用水灰比較小0.3～0.35用灌注器，灌注時要求相當(dāng)嚴(yán)格。圖12-14活塞式灌注器1-壓蓋；2-滑動接頭；3-鉆桿；4-8-閥門；9-銷釘12-14649，8，水泥漿即可排出管外，進(jìn)入需要封堵的部位。芯管灌注器，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益?？卓诠嘧⒎酀{的自重下入。干料投放法利用鉆孔內(nèi)的水?dāng)嚢韬蛽v固，使?jié){液進(jìn)入裂隙而堵漏。水泥球投入法丸，投入孔內(nèi)后再下入鉆具沖擊擠壓，使其擠入漏失層。與高分子化合物復(fù)合使用，已成為品種繁多、應(yīng)用廣泛的化學(xué)漿液。2070合物、合成樹脂等化學(xué)漿液，在地質(zhì)鉆探上用于護(hù)壁堵漏，取得了肯定的成效。其主要優(yōu)點是：分散時間可調(diào)，可實現(xiàn)瞬間固化，滲透力量和流淌性好，能利用不便推廣用于地質(zhì)鉆探；對于一些高分子化合物，如聚丙烯酰胺、脲醛樹脂等，用于地質(zhì)鉆探護(hù)壁堵漏上有樂觀的作用和推廣價值。樹脂漿液、水玻璃漿液、聚丙烯酰胺漿液、脲醛樹脂水泥球、干性堵漏材料和瀝301果。，從而得到縮聚的初產(chǎn)物〔即脲醛樹脂，在實際使用時，以酸作催化劑〔一般用鹽酸〕使樹脂固化生成不溶的體型網(wǎng)狀構(gòu)造的固結(jié)體。脲醛樹脂的固化過程，可分為初凝〔膠化〕和終凝〔硬化〕兩個階段。所謂“〔稱初凝時間劑后至失去彈性所需的時間〔稱終凝時間。然而，失去彈性并不馬上具有肯定強度，所以終凝實際上是一個緩慢的過程，一般凝固后還需在水中養(yǎng)護(hù)16～24h后，才具有較高的機械強度。度為3%～36%，用量為樹脂液體的1/10～1/5，初凝時間可在幾秒至數(shù)格外鐘的低，則固化速度慢。在灌注時，肯定要做地表試驗，并應(yīng)考慮到孔內(nèi)的溫度。為了提高脲醛樹脂的強度，增加韌性，在提高其物理力學(xué)性質(zhì)方面，常實行在脲醛生產(chǎn)過程中加苯酚、苯酚-聚乙烯醇等進(jìn)展改性，來轉(zhuǎn)變反響生成物12-2固化劑-鹽酸物理機械性能苯酚加量抗固化劑-鹽酸物理機械性能苯酚加量抗壓強度抗沖擊強度〔%〕濃入〔%〕〔kg/cm2〕〔kg·cm/cm〕0201287.32.211.82012185.53.517.52012277.03.520.82012243.93.622222012289.83.8823.82012243.83.438.2201271.43.1液注射到預(yù)定的孔段上。近幾年來，我國為解決小口徑金剛石鉆探12-16ZJ原理，設(shè)計了一種型的、用于脲醛漿液的孔內(nèi)雙液注漿工具--ZJ型速凝注漿堵漏工具，它與其他注漿堵漏器相比，有以下特點：①雙液在孔內(nèi)定量地連續(xù)均勻混合，可灌注數(shù)秒凝固的漿液；量注漿