近年來水平定向鉆技術發展很快,穿越紀錄不斷被打破,鋪管直徑更是從幾公分發展到一米以上。泥漿是定向鉆工程的血液,泥漿質量往往能夠決定工程的成敗,隨著市場需求的不斷擴大,泥漿材料也擁有巨大的市場需求,而膨潤士是水平定向鉆泥漿的主要造漿材料。
1、泥漿的功用
(1)懸浮和攜帶泥(巖)屑
這是泥漿的基本功用之一,是把鉆頭或擴孔器破碎的泥(巖)屑帶出孔道,保持孔道清潔,以利于管道回拖。
(2)穩定孔壁
孔壁是否穩定和規則是水平定向穿越是否成功的決定性因素,是高速優質進行水平定向穿越的重要基礎條件。
(3)潤滑
在鉆導向孔和管線回拖過程中泥漿可以起到很好的潤滑作用,在堅硬巖石地層擴孔時對擴孔器的潤滑作用更加明顯。
(4)冷卻鉆具
在導向孔鉆進和回擴過程中,鉆頭和擴孔器旋轉破碎泥(巖)層產生一定的熱量,鉆桿不停地與孔壁摩擦,也產生一定的熱量。泥漿能冷卻鉆頭和鉆桿,延長鉆具使用壽命。
(5)了解地層
對返出地面的泥漿進行分析,可以了解穿越地層的巖性,適時調整施工工藝。
2、泥漿的指標
水平定向鉆工程施工中泥漿的指標是變化的,不同的施工條件和底層環境對泥漿的要求不同,因此泥漿的現場配制方法和配方上可能有所不同。但從泥漿的功用上可以看出定向鉆泥漿的一般性要求。
(1) 粘度
粘度可以被描述為液體流動的能力,良好的粘度性能保證泥漿在孔內適當的流動,粘度過高,鉆頭鉆進過程中阻力大,降低施工效率;粘度過低,帶不出鉆屑。
(2)膠凝強度
膠凝強度是膨潤土泥漿的重要指標,是指泥漿在一定時間內形成膠體的能力。膨潤土形成凝膠體在孔內懸浮鉆屑,如果鉆屑沒有被懸浮起來,它們就不能被攜帶出鉆孔,會沉在鉆孔的底部。這樣鉆屑就會堵塞鉆孔,導致泥漿循環失效同時孔內壓力會急劇升高,泥漿很有可能會壓裂地層溢出到地面,也可能會發生埋鉆事故。
(3)流動性
水平定向鉆要求泥漿的流動性要好,且泥漿在長時間的養護過程中粘度不能急劇上升,失去流動性,形成果凍狀,從而失去對孔壁的壓力。
(4)低濾失量
水平定向鉆泥漿要求有較低的濾失量。低濾失量的泥漿會在孔壁上形成一層薄而韌的泥皮,對管壁有保護作用,防止塌孔。且低失水率也能防止巖層因為吸水過多造成膨脹縮頸和塌孔。
(5)觸變性
水平定向鉆泥漿要求有較好的觸變性。泥漿的觸變性是指攪拌后泥漿變稀(切力降低),靜置后泥漿變稠(切力升高)的特性。在泥漿停止循環時,切力能較快地變化到某個適當的數值,又不至于靜置后重啟時泵負荷過高。觸變性好的泥漿能減輕泥漿泵的負荷有利于泥漿的攪拌和輸送。
不同地層施工對泥漿性能要求

(1)粘土層
粘土層一般為沖積砂土層、粉砂土和淤泥。土質構造較硬實,吸水較強,其中以黃色泥巖、褐色泥巖最具有代表性。在粘土層鉆孔具有可鉆性好,成孔性好,鉆具在土中旋轉推進、造斜和出土都能比較好的成孔,不易坍塌,是最容易穿越的地層。

(2)細砂層
砂層地質構造特點一般是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和礫石。在砂層鉆孔具有成孔性一般,易塌、易漏失、吸水能力強,導向孔和回擴孔時極易坍塌。
(3)粗砂層
粗砂層往往含有大量的黃砂、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。在粗砂層鉆孔具有成孔性極差、易坍塌、易漏漿,易造成大區段的井壁坍塌或掩埋鉆具或機具,鉆進速度慢,鉆具、機具磨損嚴重。

3、泥漿用膨潤土特點
膨潤土是以蒙脫石為主要成分的粘土。蒙脫石以其層間可交換陽離子的種類、含量一般又劃分為鈉基和鈣基兩種膨潤土。
作水平定向鉆用膨潤土具有以下幾個特點:
(1)鈉基膨潤土為主
鈉基膨潤土具有吸水量大、膨脹倍數高、造漿率高的特點,在水介質中能分散呈膠狀,具有一定的粘性,觸變性和潤滑性。
(2)高蒙脫石含量
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,蒙脫石含量越高,造漿率也一般更高。
(3)低含砂率
用于造漿材料的膨潤土一般要求含砂量小于3%。
(4)高膠凝強度
膨潤土具有高膠凝強度,在作造漿材料時能懸浮住顆粒較大的鉆屑。當泥漿相對于鉆孔地層處于靜態時,必須保持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。
(5)具有一定的水適應性
施工地往往都是在荒郊野外,配漿用水也是五花八門,所以水中難免會含較高的鈣鎂離子和水質偏酸等情況,很多廠家生產的造漿膨潤土遇到鈣鎂離子水時會產生絮凝分層,粘度大幅度降低,這都是不合格的泥漿材料。
4、結語
泥漿配制方法是以鉆進土壤地層為基礎的。只有在了解了土壤地層的特點后,才能正確配制出合適的泥漿。高質量的泥漿配制又是建立在優質的造漿材料基礎上的,特別是作為主要造漿材料用的膨潤士,只有質量上乘的鈉基膨潤土,才能配制出合格的水平定向鉆用泥漿。
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