钻孔泥浆循环液翟谀一些问题.doc

钻孔泥浆循环液的一些问题 泥浆是一种造价低廉的稳定液，在钻孔工作中占有很重要的地位。它具有排除钻碴，稳固孔壁和冷却钻具的作用。经过多年的钻孔实践，逐步认识到：适度比重的优质泥浆不仅有利于钻进，同时也能稳固孔壁，所以泥浆越来越被广泛地使用。 目前使用的几种循环方式 正循环 用泥浆泵将适度比重的泥浆液经过钻杆压入孔底，钻碴随着在钻杆与孔壁之间的环形液柱向外流动而被浮托出来。将带有钻碴的泥浆液经过自然沉淀或经机械、化学的方法处理，把钻碴分离掉，泥浆仍可重复使用。由于浮托钻碴的粒径受到限制，要想将切削下来的钻碴全部浮托出来，就必须重复研磨钻碴，而带有钻碴的泥浆是从钻孔中溢出，这就影响了钻孔速度。因此，目前大直径的钻孔趋向使用反循环方法。 2．反循环 （1）泵吸反循环 用砂石泵直接从钻杆中吸出孔底钻液，并把钻碴带到孔外。由于钻杆内的流速大，对物体产生的动浮力也大。因而只要是小于管径的钻碴都能及时清除，大大减少重复研磨的时间，有效地提高钻孔效率。常用的砂石泵有两个叶片，转数不超过650转/分。一般认为：深度30~40米是泵吸和空气提升钻碴效率转变的分界点。也有人认为，在50米深度以内使用泵吸均匀是较有效的。 （2）压气法反循环 把高压空气在适当的位置输入钻杆，高压空气与钻杆内钻液混合扩散，造成钻杆内外很大的压差，产生一种足够排除较大粒径钻碴的提升能力，混有钻碴的钻液经过钻杆排出。使用这种方法，一般钻杆内流速3~5米/秒，高压空气排量10~17米3/分。这与使用砂石泵相比，没有对砂石泵叶片产生磨耗的问题，也减少了机械阻力。 混合室的淹没深度，一般以等于或大于24米的效果较好。混合室的中心一般应高于吸碴口0.5~2.5米，以防发生反流现象。 只有当浸水比α=b/(a+b)≧0.5时，才能有效地排碴。显然，在开孔时此条件是难以满足的。因此，在α＜0.5深度内要借助于其它方法。 （3）射流反循环 通过使用5~7kg/cm2的高压射水，在钻杆内的喉管处形成负压而迫使带有钻碴的泥浆液快速流出，以达到排除钻碴的目的。这一方法因设有喉管而使排碴粒径相应受到限制，并且能量利用率低。目前在我国尚无成功的使用经验。 （4）双相循环 钻杆内的流速越大越有利于孔底钻碴的清除。为了保证高速的环形液柱不冲坏孔壁，将高压水和高压空气同时通过钻杆的外套管压入孔底，经过钻头上的一个特殊装置，高压水则从钻头底部喷嘴射出，冲刷孔底，携带钻碴进入钻杆，达到快速排碴的目的。 （5）三相循环 高压空气和高压水分别从钻杆上的内外管路压入，高压空气从钻杆内的适当高度喷出，而高压水从孔底的钻头喷嘴射出，冲刷孔底，携带钻碴进入钻杆，达到快速排碴的目的。 当孔深小于50米，且钻孔数量少时，建议采用泵吸反循环排碴方式；而深度大于50米，钻孔数量又多时，建议采用压气法或双相、三相反循环排碴方式。 泥浆比重 正循环排碴的泥浆比重 优质的造浆粘土，在水中的分散度高。其最细的颗粒部分就是化学中所称的胶体颗粒，在它们表面经常带着负电荷。由于水分子为双极体，那么水分子的正极就被吸附在颗粒表面，而形成粘结水薄膜，通过粘结水薄膜的连锁作用使泥浆具有粘聚性。一定粒径的钻碴被与其紧密结合的泥浆顶托而不致下沉，随着循环液的向外流动，钻碴即被排出。当钻碴的粒径超出了一定范围，其重量破坏了泥浆的结构联系，即钻碴颗粒表面产生的切应力超过了泥浆所能提供的静切力，此时钻碴颗粒就有下沉的趋势。当钻碴颗粒下降的速度大于泥浆环形柱向上运动的速度时，钻碴将慢慢沉淀而不能排出。 钻碴球状颗粒在泥浆中的重量P： 式中： ——钻碴颗粒比重； ——泥浆比重； ——钻碴球状颗粒直径； ——钻碴球状颗粒体积，为。 钻碴球状颗粒在重量作用下，其表面形成的切线应力为： 式中，s为钻碴球状颗粒表面积，等于；其它符号同上。 当t等于泥浆静切力q（一般地层为0.010~0.025g/cm2，松散易坍地层为0.05~0.07 g/cm2）时，就是钻碴颗粒在静止泥浆中下沉的临界状态。即： 从而得出已知地层构造条件下的泥浆比重值： …………………………………………………………（1） 实际的钻碴颗粒并非皆为球形，但具有同样体积的钻碴颗粒以球状表面积最小，所以，按球形颗粒计算出的所要求的泥浆静切力最大，显然这是偏于有利方面的。 例如，我们在一次试验中，测定泥浆静切力=0。04g/cm2，颗粒直径=0.15cm，颗粒比重按=2.7 g/cm3计，则泥浆比重 =2.7-1.6=1.10g/cm3 从计算和实验结果可看出，将泥浆比重控制在1.06~1.15之间能够提高钻孔速度，且在保证静力水头大于2米的情况下稳固孔壁良好。 反循环排碴时泥浆液比重 泥浆比重的增加，意味着泥浆中固体颗粒含量加大，这不仅对钻具会产生很大的磨损，更