泥浆护壁成孔的关健-泥浆的配比和应用

泥浆护壁成孔的关健

泥浆的配比和应用

从事过钻井工程的工程人事都能感受到，钻进液在整个钻进工程中扮演的是怎么样一个角色。它在地质工程勘察、石油天然气钻井、地下水等资源钻采、矿山钻掘工程、工程地质钻探、基础工程施工、地质灾害治理等领域中。对钻进过程钻进液所起到的作用可以归纳为：保护孔壁、平衡地层土压力、冷却润滑钻具、提供井底动力、液力碎岩、返送井底岩样等作用。

在基础工程、市政工程等通常都将粘土、水（或油）和少量处理剂混合而成，具有可调控性、比重和降失水性等性能，在相当多的情况下能够满足悬渣，稳定井壁、防止漏失、冷却润滑钻具的基本钻进需要，并且来源广泛，成本较低，配置实用方便的一种混合液体称之为泥浆。

根据不同的适用条件，可以把泥浆分为：

1.用于砂层、卵砾石层、破碎带等机械性分散底层的泥浆，简称松散地层泥浆；

2.用于土层、泥岩、页岩等水敏性地层的抑制性泥浆，简称水敏抑制性泥浆；

3.用于岩盐、钾盐、天然碱等水溶性地层的泥浆，简称水溶抑制性泥浆；

4.用于较为稳定、漏失较小的硬岩钻进的泥浆，简称硬岩钻进泥浆；

5.用于异常低压或异常高压地层的低比重泥浆或加重泥浆；

6.用于超深井、地热井等高温条件下的抗高温泥浆。

下面就相对应的地层所使用的泥浆通常的使用泥浆所需要的性能以及常见的一些配比做具体的说明：

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。这类地层称为机械松散性地层。由于颗粒间缺乏胶结，钻进时井壁很容易坍塌。

解决思路：增加井壁颗粒间的胶结力，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，主要通过使用高分散性泥浆（细分散性）、增加泥浆中的粘土含量、加入有机或无机增粘剂等措施来实现。在这种地层中钻进所采用系分散性泥浆成功的工程实例还是很多的，下面就此类地层举出一下一些典型的配方实例：

1.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。配方为：优质造浆粘土150～200g水1000ml，纯碱5～10g，Na-CMC6g左右。泥浆比重1.07～1.1粘度25～35s失水量小于12ml/30min，pH值约9.5。

7.铁铬盐—Na-CMC泥浆

8.该泥浆提粘且稳定性较强，铁铬盐起防絮凝（稀释）作用。配方为、：粘土200g，

水1000ml，纯碱液浓度50%，加量约20%，铁铬盐溶液浓度20%，加量0.5%，Na-CMC0.1%。

泥浆性能为比重1.10，粘度25s，失水量12ml/30min，pH值为9。

9.木质素黄酸盐泥浆

10.配方：1m3泥浆用80～200kg粘土，30～40kg亚硫酸纸浆废液，10！20kg煤碱剂，

5～10kgNaOH,5～10kg消泡剂，900～940L水。泥浆性能为比重1.06～1.20，漏洞粘

度18～40s，失水量5～10ml/30min，静切力1min时为6～45dPa，10min时为12～

90dPa，在钻进过程中为进一步降失水可每立方米加1～3kgNa-CMC。

11.腐植酸泥浆

12.制备腐植酸泥浆的配方是：1m3泥浆用50～200kg煤碱剂（干量)，3～5kgNaCO3，

905～955L水。泥浆性能为比重1.03～1.20，漏斗粘度20～60s，失水量20～60s失

水量4～10ml/min，静切力1min时为18～60dPa，10min时为36！～120dPa，pH值

为9～10。

二、土层、泥页岩中使用的泥浆

对于水敏性地层，应尽量减少钻进液对地层渗水，也就是降低泥浆的失水量以及增强井壁的岩土的抗水敏性，抑制分散是最为关键的问题。从泥浆失水量影响因素的分析和对岩土的水化性分析可以归纳出针对水敏性地层配制泥浆时的几个要点：

1.选优质土。由于水化效果好，粘土颗粒吸附了较厚的水化膜，泥浆体系中的额自由水

量大大减少，所以优质土泥浆的失水量远低于劣质土的。

2.采用“粗分散”方法。使粘土颗粒适度絮凝，而非高度分散。从而使井壁岩土的分散

性减弱，保持一定的稳定性。

3.添加降水剂。Na-CMC、PAM等降水剂通过增加水化膜厚度、增大渗透阻力、起井壁网

架隔膜作等，可使失水量明显减少。

4.提高基液粘度。泥浆中的“自由水”实际上是滤向地层的基浆，其粘度愈高，向地层

中渗滤的速率就愈低。

5.调整泥浆比重，平衡地层压力。井眼中液体压力与地层中的流体的压力差是泥浆失水

的动力，尽可能减少压力差，维持平衡钻进是降失水的有效措施。

6.利用大分子链网在井壁是那个的隔膜作用

7.利用特殊粒子对地层的“钝化”作用。

8.利用微颗粒的堵塞作用。

9.活度平衡。

下面介绍适于水敏性地层钻进的抑制性泥浆，包括钙处理泥浆、钾基泥浆、乳化沥青泥浆和油包水活度平衡泥浆的配方。这些泥浆抑制水敏往往是利用上述多个原理，而以其中之一为主。

1.石膏—铁铬盐泥浆。配方：石膏加量一般为泥浆体积的1.14%～1.7%，铁铬盐加量为

0.86%～1.7%，纯碱为0.28%～0.42%，为降失水可加入0.14%～0.42%的CMC.配置的

程序是：在淡水泥浆中先加入少量的铁铬盐和纯碱及一部分水，搅拌后把其余的铁铬

盐和石膏一起加入，再后加CMC控制失水量。

2.氯化钙—褐煤泥浆。配方：以加有0.3%～0.5%纯碱的比重为1.10～1.20的新浆一份，

与煤碱剂（15：2～3：100～150）一份相混合，配成煤碱剂泥浆，然后加入0.5%～

1.0%的氯化钙（配成溶液加入）经搅拌而成。

3.PAM—KCl泥浆。配方：粘土加量按在泥浆中所占体积计为3%～5%，分子量在300×

104以上以上，30%水解度的PAM加量为1.43～3.58kg/m3，KCl加量为3%～15%左右。

为除钙和提高抗温性能，可加入5%左右的（NH4）2SO4.

4.分散型氯化钾泥浆.配方：配制1m3泥浆，粘土50～100kg，KCl30～50kg，聚合物（淀

粉等）5～10kg，缩合亚硫酸酒精废液30～50kg。KOH5～10kg，消泡剂2～3kg。水

920～940L。

5.KOH—褐煤泥浆。配方：用于不宜含氯离子过高的地区，用聚合物来控制失水和调节

流变性，也可添加KCl来弥补钻井中的K+的消耗，但CL—不能呢个超过规定的水平，这种泥浆起抑制作用的组分为KOH和KHM，并主要靠KOH来维持钾含量和pH值。

6.KOH—磺酸盐泥浆。配方：用于钻井蒙脱石含量高的地层。

7.铝基泥浆。配方：钾离子和铝离子共同起抑制作用，聚合物用丙烯酰胺共聚物，这种

泥浆在苏联油田中得到应用。配制1m3泥浆，粘土60～150kgKAl(SO4)23～5kg，KOH1～

3kg，K2Cr2O70.3~0.5kg,铬木素磺酸盐20～30kg甲基丙烯酸与甲基丙酰胺共聚物3～

5kg，水920～960L.

三、溶蚀性地层泥浆

以氯化钠盐层最为典型，遇到水后发生溶解，是钻井液孔壁溶蚀，提出导致的结果是孔壁坍塌或超井。

主要从两方面入手解决：一是降失水；二是降低钻井液对地层的溶蚀性。在钻井液中添加于地层被溶物相同的物质，使溶解度趋于饱和，就是常见的治理溶蚀的方法。

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）配置泥浆，它是靠氯化钠的含量的高低，分为盐水泥浆（一般含盐量3%～7%）、海水泥浆（总矿化度一般为3.3%～3.7%）和饱和盐水泥浆，氯化钠约为33%～36%。

上述泥浆在钱塘江穿越中的应用已经得到充分说明，降低钻井液对地层的溶蚀性对长距离的穿越将是一个很重要的护壁因素。