曾宪法 张文民 申广太
地质总队

(摘要) 本文从泥浆的主要材料性能、造浆方法与粘度要求及泥浆的质量等方面详细分析论述了泥浆在松散地层中进行施工钻进的重要作用。通过具体的工程实例进一步提出了针对不同的地层结构特点可采取不同的泥浆粘度及质量标准，以满足技术要求，进而达到提高效率降低成本的目的。

(主题词)  泥浆材料 ；粘土；水；化学剂；钻孔

1 前言

    使用最广泛的冲洗液是粘土泥浆。在地层钻进中采用泥浆作冲洗液，不但能够冷却钻头，冲洗孔内岩粉，还能利用泥浆内部的结构强度悬浮岩粉，使停钻、停泵时岩粉不致于很快沉入孔底。泥浆还能在孔壁形成一层薄而韧的泥皮，减少钻具与孔壁磨擦力，延长钻具使用寿命。利用孔内泥浆冲洗液所产生的水静压力和造壁性能，在有裂隙、破碎掉块、缩径、坍塌、砂层、漏失等地层钻进时，对保护孔壁起到很大作用，有利于防止孔内事故，减少辅助时间，提高钻进效率。在深孔和较复杂地层钻进中使用，可以简化钻孔结构，少下或不下套管、节约时间、降低成本、节约开支。

2 泥浆的主要材料

    用作泥浆材料的粘土，一般具有以下特点，遇水有粘性、有时还会膨胀、可塑性好、用手能搓成手指粗细的长条、用刀切开后，表面细腻而光滑，干燥的粘土块强度较大不易用手掰开、含砂量少。根据粘土的质量好坏，可分四等级：甲级—膨润土，乙级一次膨润土，丙级——白土、高岭土，丁级——黄土、红土、胶泥土等。
    水是造泥浆的原料之一。自然界的水由于各地质条件不同，含有钙、镁、钠的碳酸盐、硫酸盐、酸性碳酸盐、氯化物、硫化物及硝酸盐等矿物质。水中矿物质多了，使粘土颗粒的水化作用不好，容易沉降，对泥浆性能影响很大。根据水含钙、镁矿物质多少，将水分软水和硬水，一般硬度小于6度为软水，超过6度为硬水，1升水内含氧化钙1/150克为1度，制造泥浆的水不应超过12～15度。硬度过高的水可以用磷酸钠(Na₂po₁)或焙烧苏打(Na₂o₂)进行软化。一般制浆时不必先软化水，而是根据对泥浆性能的要求直接处理泥浆。

3 造浆方法与粘度要求

    制造泥浆有两种方法：1、机械法，是利用机械能力，提高泥浆搅拌质量和粘土颗粒分散程度。2、化学法，通过加入不同化学成分处理剂，改变粘土颗粒的表面性质与表面状态，改变水的性质以获得所需要的泥浆质量及性能。
    泥浆流动时，其内摩察阻力的大小，叫做泥浆粘度。泥浆搅拌时间越长，粘土颗粒分散越细，水化作用越好，形成的水化膜厚吸水多，而自由水少，粘土颗粒水化程度好，泥浆粘度高。泥浆粘度质量的好坏直接影响着钻进速度。泥浆粘度高的能减少在裂隙地层中的漏失，悬浮岩粉能力强，但是在循环泥浆过程中不易净化，对泥浆中的岩粉沉淀有影响，泥浆泵抽送增加阻力，钻进过程中钻头处有时会形成泥包钻头现象。泥浆粘度过小，对于裂隙、松软、缩径、砂层、漏失等地层中使用易发生漏失，不利于保护孔壁，携带孔内岩粉困难不易排出，对取芯、取样做试验都有一定的影响，所以不同地层在钻进时选用不同粘度的泥浆是很有必要的。

4 鉴别泥浆质量与净化泥浆过程

    一般泥浆粘度只测量相对粘度，现场测量泥浆粘度使用1006型漏斗式粘度计最为简便，清水为计测粘度标准(水的标准为500ml/15秒)。测量方法为500 ml的水，500 ml泥浆，装在相同的两个漏斗内，同一时间开始漏放，水与泥浆流出的时间差就是泥浆的粘度。泥浆的流速越慢粘度越高。一般标准为500ml/20秒。在相对稳定的地层中钻进时，用粘度20秒以下的泥浆均可以。裂隙、缩孔、坍塌掉块、涌砂、渗水地层钻进时，根据严重程度选用30～50秒左右的泥浆比较好。
    泥浆在使用过程中岩粉及砂粒逐渐增多，浓度增大，粘度和失水量增加，胶体率下降，要求泥浆中的含砂量越少越好，不易超过4%。处理方法：1、取450ml的清水，50ml泥浆同装入500ml的测量杯中摇均，然后静止1分钟，读出砂粒在量杯中沉淀占用的刻度数，再乘以2即为泥浆含砂量的百分数。2、在钻孔泥浆循环流道中间设置数个沉淀坑槽，不断将沉淀岩粉捞出，来保持泥浆的质量。

5 泥浆土的鉴别与配制

    造浆前，要对粘土进行鉴定，若是次等级粘土，备好化学处理剂再进行制浆。优质粘土造浆可以获得比较满意的泥浆。但优质粘土(甲级膨润土)不是到处都有的。为了节约开支，减少运输可就地取材，采用当地质量稍次的粘土也行。如黄土、红土、胶泥等。要经过化学剂处理以改善泥浆性能提高泥浆质量。为了提高造浆速度，先把粘土风干，碎成细块，用水浸湿。搅拌时先向搅拌机内注入1/3—1/2清水，开动搅拌机，然后逐渐加入所需数量的粘土和水，搅拌1小时左右即可。如果需要化学处理剂处理时，可按搅拌机容积，加入定量剂，经测定泥浆性能达到指标后，再放出。
    粘土成本低、来源广，浅孔一般地层钻进时，若需质量稍次的粘土，可以就地取材，如黄土、红土、胶泥等稍加化学剂处理均可使用。深孔及复杂地层钻进时，就得用好的粘土来制泥浆，需要到专门生产厂家购买。

6 泥浆在黄河下游堤防工程中的应用

    黄河下游大堤右岸开封黄河堤段堤桩号为k89+970M－K98+329M—K110+000—K112+550M桩号。是黄河下游防洪的关键部位。由于种种原因该段在大堤防洪工程存在着严重的质量问题，已成为黄河防汛的主要隐患区之一，水利部黄委会有关部门极为重视，要求对该堤段进行勘察设计加固工作。
    该堤段土层为人工填土堆积和第四季全新统的河流沉积层岩性为砂土，砂壤土和泛滥洼地内的粘性和壤土。在钻孔施工钻进中有的钻孔局部发现腐烂的树根、鼠洞、蚂蚁穴、裂隙等，在施工钻孔钻进中失水性很强，有时出现缩径、坍塌、漏失，给钻探工作带来很多困难，影响工程进度。
    由于大堤结构复杂，不明因素较多，开始采用下套管护壁，因缩孔套管有时不太好下，套管底部止水效果不好，漏水现象时常出现，影响钻进速度和取样质量，有时达不到技术要求。针对实际存在的问题，研究改变施钻方法不下套管。采用当地的粘性土、胶泥制造泥桨，做钻孔钻进冲洗液，粘度不够时，添加粘度化学剂配合制浆，保护孔壁。根据不同的地层来配制泥浆。粉土、砂壤土、砂土采用配制粘度20秒左右的泥浆。遇到有裂隙、蚂蚁穴、腐烂树根、鼠洞等漏桨严重时，采取先投泥球，然后再制粘度高达30～40秒的泥浆，进行堵漏造孔而后钻进进尺，通过实地使用，泥桨在这种复杂地层中使用，对循环冲洗保护孔壁，效果很好，缩径、坍塌漏失很少出现，钻进速度有了明显提高，开始前几天，每天取样钻进30m，感到很困难，通过改用泥浆冲洗液，已提高到每天40～50m进尺，取样质量、原位测试，均达到技术要求。

7 结论

    以后在这复杂地层中钻进使用泥浆做冲洗液，不但不下套管减轻了体力劳动，提高了钻进效率还节省开支，实践证明，泥浆冲洗液在治黄工程施工钻探工作中，起到了重要作用，并来的明显的经济效益和社会效益。

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