正反循环钻泥浆施工.docxVIP

3.泥浆3.1泥浆的作用及性能要求1.泥浆的作用（1）在钻孔中，泥浆在孔壁形成一层泥皮，阻隔孔内外渗流，保护孔壁免于坍塌。（2）外泥浆可悬浮钻渣，使钻进正常进行。2.泥浆性能要求（1）在各种方法钻进中，泥浆起的作用不完全一样，对泥浆性能的要求也不相同。对于正循环回转钻，既要求它有一定的浮悬钻渣能力，又要求它能很容易的流动产生上升流速。过稠的泥浆浮悬钻渣的能力较高，但不易被泥浆泵压入钻杆底后上升流动，流出孔口后进入泥浆池又不易沉淀、净化、循环使用。（2）泥浆的主要性能1）相对密度：泥浆的相对密度是泥浆与4℃时同体积水的质量之比。泥浆的相对密度增大时，在钻孔中对孔壁的侧压力也相应增大，孔壁也越趋稳定，悬浮携带钻渣的能力也越大。然而，相对密度过大的泥浆，其失水量亦加大，孔壁上的泥皮也增厚，这就增加了泥浆原料的消耗，而且会给清孔和灌注混凝土造成困难。另外，泥浆相对密度的加大，意味着泥浆中固体颗粒含量加大，这就会对钻具产生较大的磨损，更重要的是降低了钻进速度，在正、反循环回转钻进中，泥浆相对密度过大，降低钻进速度更为敏感。2）粘度：粘度是液体或混合液体运动时，各分子或颗粒之间产生的内摩擦力。粘度大的泥浆，产生的孔壁泥皮厚，对防止翻砂、阻隔渗漏有利，对悬浮携带钻渣的能力强，对正循环回转钻进有利。但粘度过大，则易“糊钻”，影响泥浆泵的正常工作，增加泥浆净化的困难，进而影响钻进速度。粘度过小，钻渣不易悬浮，泥皮薄，对防止翻砂、渗漏不利。3）静切力：静切力是静止的泥浆，受外力开始流动所需的最小的力，又称滑动静应力，它表示泥浆结构的强度，以破坏1cm2面积上的泥浆颗粒结构所需的力表示。泥浆静切力要适当：太大则流动阻力大，流往沉淀池的泥浆中的钻渣不易沉淀，影响净化速度，使泥浆相对密度过大，钻进速度降低；太小则悬浮携带钻渣效果不好，钻进速度也会降低，若因故停钻时，钻渣易下沉，造成积渣埋钻事故。4）含砂率：含砂率是泥浆内所含的砂和粘土颗粒的体积百分比。泥浆含砂率大时，会降低粘度，增加沉淀，容易磨损泥浆泵和水管摇头、钻锥等钻具；停钻时易造成埋钻、卡钻事故。5）胶体率：胶体率是泥浆静止后，其中呈悬浮状态的粘土颗粒与水分离的程度，以百分比表示，胶体率高的泥浆，粘土颗粒不易沉淀，悬浮钻渣的能力高，否则反之。故正循环回转钻进的泥浆需要较高的胶体率。6）失水率：失水率又叫失水量或渗透量，是泥浆在钻孔内受内外水头压力差的作用在一定时间内渗入地层的水量，以mL/30min为单位。泥浆的失水率越小，则它的胶体率越大。失水率小的泥浆有利于巩固孔壁和保护基岩（特别是遇水软化的泥质页岩）；失水量过大的泥浆，形成孔壁泥皮过厚而使钻孔直径缩小，在泥岩地层易造成其遇水软化，地层膨胀而坍孔。故泥浆的失水率越小越好。7）酸碱度：以pH值表示，pH值等于7时为中性泥浆，小于7时为酸性，大于7时为碱性。pH值一般以8～10为适当，这时粘土颗粒可进行分散，水分子进入粘土内部使其膨胀，颗粒表面形成一层吸附性水化膜（又称束缚水），相当于增加了泥浆中的固相成分，使失水率小，能较快形成薄而坚韧的泥皮，因此这种泥浆固壁性能好。水化膜还可阻止粗土颗粒粘结在一起而沉淀，因而增加了泥浆的稳定性和胶体率。如pH过小时，失水率也会急剧上升；若pH值过大，则泥浆滤液将渗透到孔壁的粘土中，使孔壁的表面软化，粘土颗粒之间的凝聚力减弱，造成裂解而使孔壁坍塌。（3）调制钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆主要性能指标可参考表7-33。表7-33 泥浆性能指标要求钻孔方法地层情况泥浆性能指标相对密度粘度（s）含砂率（%）胶体率（%）失水量（mL/30min）泥皮厚（mm/30min）静切力（Ps）酸碱度pH正循环一般地层易坍地层1.05～1.201.20～1.4516～2219～28≤4≤4≥96≥96≤25≤15≤2≤21.0～2.53～58～108～10反循环一般地层易坍地层卵石层1.02～1.061.06～1.101.10～1.1516～2018～2820～35≤4≤4≤4≥95≥95≥95≤20≤20≤20≤3≤3≤31～2.51～2.51～2.58～108～108～10注：①地下水位高或其流速大时，指标取高限，反之取低限；②地质较好、孔径或孔深较小时，指标取低限，反之取高限；③在不宜坍塌的粘性土层中，使用推钻、冲抓、反循环回转方法钻进时，可用清水提高水头（≥2m）维护护壁。④对遇水膨胀或易坍塌的地层如泥页岩等，其失水率应小于（3mL～5mL）/30min；⑤相对密度是泥浆密度宜4℃纯水密度之比。3.2泥浆的制备1.材料种类（1）粘土一般可选塑性指数大于25，粒径小于0.074mm的颗粒含量大于50%的粘性土制浆。当缺少上述性能的粘性土时，可用性能略差的粘性土，并掺入30%的塑性指数大于25的粘土；粘土以水化快、造浆能力强