泥浆的设计与配制

 一、泥浆的一般设计方法

 

        较全面的泥浆设计的基本流程是：设计泥浆的重度、流变性、降失水性等主要技术指标；确定泥浆的胶体率、允许含砂量、固相含量、pH值、润滑性、渗透率、泥皮质量等重要参数；选择造浆粘土和处理剂；进行泥浆处理剂配方设计；泥浆材料用量计算；确定泥浆的制备方法；拟订泥浆循环、净化、管理措施。
        (1)．按平衡地层压力的要求计算泥浆的重度ν。即νh=PC或νh=P0。PC、P0分别为井深H处的地层侧压力或地层空隙流体压力，它们的确定方法见第三节。那么，究竟是按PC还是按P0计算，要视实际情况下平衡哪那一种压力更为重要来定。如果两者都需要平衡，就应该分别计算出两种结果，权衡出介于两者之间的某值。一般钻井泥浆的重度在1.02~1.40之间。
        (2)．考虑悬排钻碴、护壁堵漏的要求确定泥浆的流变性。流变性的指标主要是粘度η和切力τ。η和τ的调整范围很宽，一般η的范围在10cP～100cP ，τ的范围在 ～ ，应视不同钻井情况具体确定，详见第二章和本章第六节至第十节的介绍。另外，在一些情况下，还要考虑泥浆的剪切稀释作用和触变性。
        (3)．泥浆的其他设计指标的参考范围为：失水量一般应不大于15ml/30min，含砂量不大于8%，胶体率不小于90%，pH值视不同泥浆在6～11之间变化，润滑性必要时应控制在　。
         各种钻进情况下的钻进目的、地层特点、钻进工艺方法等差异甚大，因而对钻井泥浆性能等有明显的不同的要求，设计重点也因此而不同。例如，在钻碴粗大及井壁松散的地层中，泥浆的粘度和切力等流变性指标成为设计重点；在稳定的坚硬岩中钻进，泥浆设计的重点是针对钻头的冷却和钻具的润滑，而此时护壁和排粉等则处于次要位置。又如在遇水膨胀塌孔的地层中钻进，泥浆的设计重点则应放在降失水护壁上；在对压力敏感的地层中，泥浆的重度设计又显得尤为重要。似此，针对特定的钻进情况，在全面设计中找出相应的设计要点，是做好泥浆设计的关键所在。
        在泥浆性能设计中可能会遇到一些相互矛盾的情况，满足一些设计指标时，另一些指标则得不到满足。对此，应该抓住主要问题，兼顾次要问题，综合照顾全面性能。

        在一些要求不高的场合，可以酌情精简对泥浆性能的设计，适当放宽对一些相对次要指标的要求，以求得最终的低成本和高效率。

 

二、泥浆材料用量计算

（1）泥浆总体积的计算

         所需泥浆总量V是钻孔内泥浆量V1、地表循环净化系统泥浆量V2、漏失及其它损耗量V3的总和：

 

                                                  V=V1+V2+V3                                       （4-13）

 

         其中钻孔内泥浆量为：

         地表循环净化系统泥浆量为泥浆池、沉淀池、循环槽和地面管汇的体积之和。漏失及其它损耗量，应根据实际情况确定。

 

（2）粘土粉用量计算
         配制1m3体积的泥浆所需粘土重量q按以下过程推导计算：

 

                                                         （4-14）

        式中：――粘土的比重，2.6～2.8；――泥浆的比重；――水的比重

 

（3）配浆用水量计算
        配制1m3体积的泥浆所需水量Vw为：

 

                                                                 （4-15）

 

（4）增加比重加土（或重晶石）量的计算
        配制加重泥浆时，加重1 m3泥浆所需加重剂的重量W(Kg)为：

 

                                                     （4-16）

式中：――加重剂的比重；――加重泥浆的比重；――原浆的比重

 

（5）降低泥浆比重所需加水量x（m2）

 

                                                                     （4-17）

式中：V――原浆体积，(m3)；：――原浆比重；――加水稀释后的泥浆比重；――水的比重．

 

（6）泥浆处理剂的用量计算

         总的来看，处理剂在泥浆中的加量较少，按体积含量计一般只占泥浆总体积的0.1%~１%。具体数值由不同的配方决定。值得注意的是要澄清处理剂的加量单位，粉剂一般是以单位体积泥浆中加入的重量来计，而液剂则是以单位体积泥浆中加入的体积量来计。在一些特殊情况下，还有以单位粘土粉重量中加入多少处理剂来计算。

 

三、泥浆的配制

 

       无论是井场制备或泥浆站集中制备供应各井场，制备泥浆的设备有两种：一是用泥浆搅拌机（卧式或立式的）；一是用水力搅拌。
       勘探岩心钻探用的泥浆搅拌机，卧式的容量一般为0.3~0.5m3；立式的一般为0.5~1m3（图4-19）。搅拌机速度一般为80~100r/min。
       使用粘土粉造浆时，最好采用水力搅拌器（图4-20）。粘土粉加入漏斗中，并利用水泵排出管的液流与粘土粉在混合器中混合，混合液在混合器中沿螺旋线上升至容器上部，输出泥浆。反复循环几次后，便可配得所需性能的泥浆。

       为使泥浆有较好的性能，用粘土粉配得的泥浆最好在储浆池中陈化一天，然后放入循环系统中，由水泵送入孔内使用。

 

        

 

       1-输水管；2-工作轮；3-齿轮箱；4-轴承；              1-漏斗；2-三通管；3-喷嘴；4-容器；5-钢板
       5-传动轴；6-伞齿轮；7-机架；8-搅拌轴；

       9-搅叶；10-搅拌桶