钻井液与岩土工程浆液.docx

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1、钻井液与岩土工程浆液基本内容名目1、绪论2、力学与化学基础3、性能分析与评价4、钻井液类型，应用与完井液5、岩土工程注浆第一章：绪论一、注浆、钻井液概述二、岩土工程浆液、钻井液进展史 三、注浆进展趋势 四、浆液、钻井液的分类 五、工程应用1、概念：岩土工程注浆，灌浆，它是将肯定材科配制成浆液，用压送设施将其灌入地层或缝隙内使其集中、胶凝或固化，以到达加固地层或防渗堵漏的目的。2、加固：浆液在地层中的运动规律受到地层孔隙特性、浆液压力的掌握，从而形成 渗透 流淌、缝隙流淌、劈裂流淌等形式。浆体分布与地质构造相关，具有 不确定性，概率分 布。3、应用：基础工程施工、地质灾难防治、钻井工程技术领域。

2、4、进展阶段：原始、初级阶段、中级、现代注浆。5、钻井液类型：1 .水基泥浆，以水位分散介质，基本组分是黏土，水，化学处理剂。分为淡水泥浆、盐 水泥浆、钙处理泥浆、低固相泥浆2 .油基泥浆，分为油包水乳化泥浆和油基泥浆3 .合成基泥浆，全部由人工合成，与水不混溶。6、工程应用：(1 )堵水防渗(2 )地层加固(3 )地基加固(4)地质灾难治理(5 )能源采掘(6 )科学考察其次章：注钻井液和工程浆液力学基础和化学基础1 .流体介质的基本性质2 .流体静力学的基本方程3 .流体动力学的基本方程4 .液体流淌时的压力损失与流量计算5 .液体流经孔口及缝隙的流量一、基本性质1 .物理性质： 密与重/

3、$2 .禧缩性：体积弹性模量K3 .粘性：分子内聚力阻挡分子间相对运动产生的内摩擦力2、适用于厚的掩盖层和大段泥页岩地层，掌握地层造浆，防止孔壁坍塌；石膏地层、岩盐 地层，降低粘度、切力，改善泥浆的流淌性等。（一）、种类.钙处理泥浆：是在粘土悬浮液中，加入钙盐（石灰、石膏、氯化钙），使粘土颗粒适 度聚结，并用有机保护胶处理剂（降失水剂和稀释剂）维持此适度聚结状态的稳定的粗分散体系。常用的钙处理泥浆：石灰泥浆、石膏泥浆、氯化钙泥浆。1 .盐水泥浆：是粘土悬浮液中氯化钠含量大于1% ,或用盐水（海水）配制的泥浆，它 是靠氯化钠的含量较大而促使粘土颗粒适度聚结并用有机保护胶维持此适度聚结的稳定的粗分

4、散体系。2 .不分散低固相：提高钻速，由于固相含量低，固相组成与分散度，润滑性好，护壁性 好。孔内清洁，降低了本钱，削减了污染。第五章岩土工程的注浆模式静压注浆1、定义：借助压力（主要是液压、气压）或电化学原理，通过注浆管把分散固化的 浆液注入地层中。浆液以充填，渗透或挤密等方式，赶走土颗粒间或岩石缝隙中的水 分和空气占据其位置。经过肯定时间后，浆液分散充塞孔隙或裂缝，将原来松散的 颗粒胶结成一个结构强度大、防渗性能好2-分类：充填或裂缝注浆，渗透注浆，劈裂注浆，压密注浆。3-渗透注浆在压力作用下，浆液充填土的孔隙和岩石的裂隙，排挤出孔隙和裂隙中的 水和气体，基本上不转变土和岩石的结构和体积，

5、所用压力较小，是建筑上最常适用 的注浆类型。适应地层：中砂以上的砂性土和有裂缝的岩石。2 .劈裂注浆：在压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石和土体结 构的破坏和扰动，使其沿垂直于小主应力的平面劈裂，使地层中原有的裂隙或孔隙张 开，或形成新的裂缝或孔隙，浆液的可灌性和集中半径增大，而所用压力相对较大。3 .压密注浆：通过钻孔在土中注入极浓的浆液，在注浆点使土体压密，在注浆管端部形 成浆泡，浆泡一般为球形或圆柱形。随着浆泡尺寸的渐渐增大，便产生较大的上抬力 而使地面抬动，常用此法调整地基的不匀称沉降。适应地层：中砂地层和有相宜排水条件的粘土层。4 特点.优2:静压注浆法加固处理地

6、基时浆液集中范围大，对砂砾石、砂卵石地层注浆效果 好，注浆固结强度较高。浆液全部进入地层，浆液采用率高。缺点：注浆浆液可控性较差，不能定向定位，易消失串浆、跑浆现象，浆液易流失到 加固区域以外的地方。适应地层：中粗砂及砂砾石，破裂岩石与卵砾石，软粘土和湿陷性黄土。二、喷射注浆该法采用钻机钻孔，把带有喷嘴的注浆管插入土层的预定位置后，以高压设施使浆液成为 20MPa以上的高压射流，从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体。局部细小的土料随着浆液冒出 水面，其余土粒在喷射流的冲击力，离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按肯定 的浆土比例有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体，与桩间土一起 构

7、成 复合地基，从而 提高地基承载力，削减地基的变形，到达地基加固的目的。种类：旋转喷射、定向喷射、摇摆喷射适用：高压喷射注浆法主要适用于处理 淤泥、淤泥质土，粉土、粘性土、粉土、黄土、砂 土、人工填土和碎石土地基。不适合：地下水流速过大，浆液无法在注浆管四周凝固的状况下，对无填充物的岩溶地 段，永冻土以及水泥又严峻腐蚀的地基特点：适用范围广，施工简洁，可以掌握固体外形，可以垂直水平倾斜喷射 定义：是将适量炸药放入注浆钻孔内部，采用炸药爆炸后形成的肯定冲击力，来增加岩层 土体结构的网状裂隙并沟通原有裂隙，增大灌注浆液的有效集中范围，实现少孔注浆，提 高堵水效果的新型注浆施工技术。爆破注浆技术适用

8、于 岩层裂隙不发育，岩层结构脆性较 高硬度较强的地质结构环境。四、电动渗透注浆电动渗透注浆 是分别将带孔注浆管和肯定距离的滤水管作为阳极和阴极，将注浆液从注浆 管压入岩层土体中，并连接直流电，在电渗作用下，孔隙水由阳极流向阴极，促使通电区 域中的含水量降低，并形成渗流通道，浆液随之流入岩土孔隙中并分散硬化。五、桩基扩底桩基扩底注浆 是采用 劈裂注浆 原理，以灌注浆液的自身压力有 掌握性地将桩底地基岩 土劈开，然后再注入浆液使之与岩层土体结构相互固结成整体胶状形体，改善桩底内部应力状态，提高桩底地基岩土的稳定性和承载力的技术 方式。用于高层建筑的桩基施工。六、浆液的性质1 .浆液的密度与重度.浆

9、液的浓度可以用百分比浓度，水灰比，水玻璃可以使用波美度。在该浆液的全部成 分混合后，形成凝胶之前测定完2 .浆液的pH值3 .浆液的粘度指浆液全部成分混合后的初始粘度4 .浆液的凝胶时间，分为初凝时间与终凝时间5 .浆液的注入力量与渗透性：由浆液的流淌性，稳定性，颗粒粒径打算。6 .浸出液分析是否有毒性.浆液固结体的性质；水泥类浆液分散后的固结体称为结石体，化学浆液胶凝后形成的 固结体称为凝胶体浆液结石相关性质1 .结石率与析水率：结石体积与浆液体积之比；析出水的体积与原浆液体积之比.固结体性质：强度。对水泥类悬浊浆液，可用纯浆液固结体试件进行强度试验，而对 化学浆液那么常在试验室内用标准砂注

10、浆制成 凝胶体试件，再进行强度试验。强度试 验包括抗压强度、抗折或抗剪强度和抗拉强度试验。抗挤出强度是化学浆液凝胶体承受水头压力的力量。耐久性：浆液固结体在地下水的物理和化学作用下，某些组分的溶出，老化等现象， 可使固结体性能降低或丧失。当固结体所处环境发生变化，如地下水升降、基坑开挖 暴露等，可使固结体发生崩解风化。注浆工程调查：工程地质与岩土工程性质的调查。试验包括室内土工试验与现场试验。注浆量的计算：渗透注浆的好坏取决于渗透半径内体积土的孔隙充填程度，充填率越高，注浆的效果越好。劈裂注浆的注浆量与注浆范围内浆脉的多少有关， 浆脉越多，注浆量也越多，注浆效果也越好。但浆液不行能无限制地注，

11、应当有个最正确的 注浆量。压密注浆的注浆量与浆泡直径有关；裂隙岩体注浆的注浆量与吸水率相关注浆压力：在不考虑边界条件下，提高注浆压力，渗透注浆 可以把土层颗粒孔隙中空气 和水等全部排走。劈裂注浆 脉压提高后，土颗粒更加密实和固结。但是压力超过边界条件允许的范围，就会引起地面、基础、结构物的变形和破坏。压力应掌握在边界条件允许的 最大注浆压力内。注浆孔距：浆液的集中半径与浆液的流变特性、胶凝时间、注浆压力、注浆时间等因素 有关。对于加固注浆，一般采纳等距布孔，梅花型布置；裂隙岩体采纳帷幕化学注浆。注浆工法：依据注浆压力，分为静压注浆和高压喷射注浆两大类按注浆的连续性，可分为连续注浆、间歇注浆；按

12、一次注浆的孔数，可分为单孔注浆、多孔注浆；按地下水的径流条件，可分为静水注浆、动水注浆；按浆液在管路中的运行方式，分为纯压式注浆和循环式注浆；按每个注浆段的注浆挨次，可分为下行式注浆和上行式注浆。土体注浆一般吸浆量较大，采纳纯压式注浆；而裂隙岩体注水泥浆时，吸浆量一般较小，可采纳循环式注浆。双液化学注浆 时，浆液的凝胶时间不同，混合的方法也不同花管注浆：花管注浆可用于砂砾层渗透注浆，也可用于土体的水泥一水玻璃双液劈裂注 浆。与注浆塞组合，还可用于孔壁较好的裂隙岩体注浆。单液水泥类浆液：单液水泥类浆液是以水泥为主，添加肯定量的附加剂，用水调剂成的浆 液，采纳单掖方式注入岩土层，这佯的浆液称为单液

13、水泥浆。附加剂是指能改善水泥浆液 性能的速凝剂、早强剂、塑化剂、悬浮剂等。专业术语应用实例：施工中消失的问题及解决方法(1)注浆管堵塞缘由：室外气温提升(30C),浆液温度随之提升，凝胶时间时间缩短，使管壁挂浆速度加快，注浆管的有效过浆面积减小，导致注浆管堵塞。解决：.a.人工造冰窖冷却浆液，使浆液的温度降低到13 15；.b.暂停注浆时，地面输浆管内温度受气温彩内而提升，注浆前应泄回冷却池；.c.加强洗管或注3-4段后将注浆管提到地面用铁管处理(2)注浆管打不下去缘由：地表下25nl是粗砾层，砂砾为浆液所固结，贯入阻力大大增加解决：先用钻机钻到砂砾层底板，清扫打管障碍，再自上而下打管。(3)

14、地面冒浆缘由：开挖井筒屡次发生流砂，冒浆，地表沉陷，使地基沉陷，地基土扰动解决：未扰动区地表冒浆，是由于套管固结不严，浆液沿套管外壁向上冒，土层被挤开后再冒出地表。相关性质：流淌的液体才消失粘性，使流淌液体内部各处的速度不等。4.粘度：液体在单位速度梯度下流淌时单位面积上产生的内摩擦力。动力粘度：在流体中取两面积各为1平方米，相距1m,相对移动速度为lm/s时所产生的阻力称为动力粘度。此时动力粘度等于单位面积上的内摩擦力。动力粘度，又叫肯定粘度。量纲：Pa- S=lN-S/m 2cPIPa. s=lN. s/m 2 =10P 泊=103cP运动粘度：动力粘度除以密度物理意义：无，只是计算中常消

15、失。油的牌号用50度时油的运动粘度表示。量纲：m 2 /so st （斯），cst （厘斯）1 m 2 /s=10的4次方st=10的6次方cst 相对粘度：是以流体的粘度相对于水的粘度大小程度来表示该液体的粘度。如恩氏黏度、雷氏粘度等粘温特性：温度影响液体粘性，温度高分子之间的运动越猛烈，内聚力小，那么粘度 低。压力大那么粘度大。二、动力学基本方程1、流体，流淌： 抱负流体：既无粘性又不行压缩的液体； 实际流体：既有粘性又有压缩性的液体；稳定（恒定）流淌：液体流淌时，液体中任何一点处的压力、速度和密度都不随时间 变化的液体；4. 一维流淌：线性流淌-封闭容器中液体的流淌；二维流淌：平面流淌；

16、三维流淌：三 维流淌2、流线、流体、流通截面、流速1 .流线：某一瞬时液流中一条条标志其各处质点运动状态的曲线。特点：不相交、不转 折，光滑曲线.流束：假如通过某截面上全部各点画出流线，这些流线的集合为流束。微小流束截面 上各处的运动速度相等。2 .通流截面：流束中与全部流线正交的截面。3 .流量：单位时间内通过某通流截面的液体的体积4 .平均流速：流过某通流截面的流量与通流截面积的比值。3、连续性方程1 .方程：Q=AV=C.方程意义：在恒定流淌中，流过各截面的不行压缩液体的流量时相等的，而A与V成 反比。（质量守恒定律的表达）4、伯努利方程（能量平衡方程）1 .方程：2 .方程意义：在密封

17、管道内抱负液体作稳定流淌时，在任意截面处均具有压力能、动能 和势能。三者可以相互转换，但总和不变。（能量守恒定律）.实际流体的伯努利方程：考虑粘性，与内摩擦耗能，考虑动能修正系数。实际为 液体的比压能一单位重量液体所具有的压力能一一压力水头比动能5、动量方程四、压力损失1、损失类型1 .沿程损失：是由粘性摩擦引起的压力损失。2 .局部损失：是液流流经局部障碍（如阀口、弯管等），使液流速度大小和方向发生转 变引起的压力损失。2、流态及雷诺数1 .层流：液体质点互不干扰，流体的流淌呈线性或层状。粘性力起主要作用。2 .紊流：液体质点的运动杂乱无章，流速较高。惯性力起主要作用。能量损失大。3、压力损

18、失计算圆管层流与紊流（略）4、液体流经孔口及缝隙的流量（略）5、液压冲击与空穴现象1 .定义：在液压系统中，由于某种缘由引起液压力在瞬间的突然急剧提升，形成一个压 力的高峰，这种现象称为液压冲击或称水锤现象。2 .缘由：通路突然截断，动能-一挤压能；高速运动部件的惯性力；某些元件动作不灵 敏。3 .影响：瞬间压力峰值高，引起机械振动；使密封装置或元件损坏。4 .冲击与非完全冲击：设通道关闭的时间为t ,冲击波从起始点到反射到起始点的时间 为 T ,那么 T=2L/ca、假设t T ,为瞬时关闭，动能完全转化为液压能，这种液压冲击为完全冲击；b、假设tT ,为渐渐关闭，动能局部转化为液压能，这种

19、液压冲击为非完全冲击。（参考完全碰撞）.空穴现象：流体中含有肯定量的空气，假如某一处的压力低于空气分别压力时，溶解 于流体中的空气大量从流体中分别出来形成气泡，当压力连续降至当时温度下流体的 饱和蒸汽压力以下时 流体就会沸腾而产生大量气泡，这些气泡混杂在流体中，使得 原来布满导管和元件容腔的流体成为不连续状态，这种现象为孔穴现象。第三章钻井液基本性能分析与评价1 .冲洗液的功用及要求2 .冲洗介质种类及其使用条件3 .钻孔冲洗方式4 .乳状冲洗液5 .造浆粘土及水6 .黏土-水分散体系的基本胶体化学性质7 .钻井液性能与测定8 .钻井液的配置与净化1、冲洗液功能及要求1 ,冲洗液量：在保证冲洗

20、孔底和冷却钻头的前提下，冲洗液量主要依据所需携带岩屑的 数量和颗粒大小，即主要依携带岩屑所需的上返速度来确定冲洗液量。水力损失：冲洗液在钻杆内部的水力损失、钻杆接头的水力损失、环空压力降、循环 压降、压力感动。有总体的水力损失确定泥浆泵消耗的功率。2、钻孔冲洗液的功用实质：冲洗介质在孔内连续的或定期的循环。1,清洗孔底、携带和悬浮岩屑2 .冷却钻头3 润滑钻具和钻头4 .保护孔壁5 .其他功用关心破岩、传递孔底信息3、钻孔冲洗液的要求1）冲洗液的性能应在较大范围内进行调整。2）应有良好的冷却散热力量和润滑性能。3）应能抗各种外界干扰，其性能基本稳定。4）应不防碍或有利于取芯，防斜、测井等工作的

21、进行。5）不腐蚀钻具和地面的循环设施，不污染环境。4、冲洗介质的种类与使用条件.清水：简洁取得，粘度小，冲洗效果好，比重低，钻效高；渗入量大，引起膨胀，循 环停止时无悬浮岩屑的力量应用范围：地层压力不大的稳定和非冲蚀性地层（岩浆岩、变质岩地层）.空气等气体：密度小粘度低，效果好，钻效高，本钱低。需要特地设施，在含水地层 中无法使用。应用与缺水地区，干孔或者严峻漏失地层1 .泥浆：形成泥皮，保护孔壁；悬浮岩屑；性能调整范围大；适应不同地层；润滑性 好，削减磨损。比重大，粘度大；钻效低，对环境有污染。应用范围：风化、破裂、松散、遇水失稳地层2 .气液混合体：比重低，粘度大，携带力量强，有护壁堵漏效

22、果；应用于严峻漏失，供 水困难地层，以及寒冷冰冻地区。4、乳状冲洗液1.概念：乳状液是一种或多种液体以液珠的形式分散在另一种和它不相溶的液体中形成 的分散体系。相关概念：1）内相（分散相）：以液珠形式存在的那一相；2 ）外相（分散介质）0/W ：以水为外相，油为内相的乳状液一一水包油型乳状液。水相体积大于74.02%W/0 ：以油为外相，水为内相的乳状液一一油包水型乳状液。水相体积小于25.98%2 .作用主要应用于小口径金刚石钻进施工1 ）润滑、减阻、减振；）降低金刚石的单位进尺消耗量，增长钻头寿命；2 ）削减岩矿芯、钻杆等的磨损，从而增加回次进尺度；）外表活性剂吸附在孔壁上和乳状液的细珠堵

23、塞微裂隙，利于护壁和减轻漏失。3 .乳化剂：使油能以油珠方式稳定地分散在水中，起到乳化作用的物质，叫乳化剂。包 括：外表活性剂类乳化剂（高分子型乳化剂）、自然 产物类乳化剂（固体粉末类 乳化剂）.外表活性剂：加入量很少时，能大大降低溶剂（一般为水）的外表张力（或液/液界 面张力），转变体系界面状态，从而产生润湿或反润湿、乳化或破乳，起泡或消泡等 一系列作用的物质。结构特点：两亲分子结构，亲水亲油外表活性剂种类：阴离子外表活性剂、阳离子外表活性剂、非离子外表活性剂 临界胶束浓度（CMC）5、造浆粘土1 .荒士的组成：粘土矿物、少量有机物和可溶性盐含蒙脱石矿物为主的粘土6 .蒙脱石族晶胞间作用力是

24、弱的分子间力，因而晶 胞间联结不紧密，易分散；同晶置换现 象多，如八面体中铝离子被镁、铁、锌 离子置换，四周体中硅离子被铝离子置 换，使得由晶格置换而消失的带电（负 电荷）较多，其阳离子交换容量大。水 分子简洁进入晶胞间，粘土易膨胀水 化，分散性好，造浆率高，接受处理力 量强，易被改性或用化学处理剂调整泥 浆性能。钻进遇到这类粘土，易膨胀而 缩径。7 .伊利石族海泡石族晶胞间存在K + ,其直径与硅氧四周（2）蒙脱石化学式：（必go”）反。1。1。矶/。晶体结构示意图V /LZZZjr K (Al, Fe,Mg)2(5U/)4 O0Joh22 .黏土矿物：高岭石族、蒙脱石族、水云母族、海泡石族

25、。称为膨润土，含水云母矿物为主的粘土为伊利士。3 .黏土矿物组成：含水硅酸铝盐4 .晶体构造特点：5 .高岭石族晶体构造特点：化子式： 晶胞间易形成氢键，晶胞联结紧密，不易分散，较粗 水分子不易进入晶胞间，不易膨胀水化，造浆率低，接受处理力量差，不易被改性或用化学处理剂调整泥浆 晶体构造示意图晶体结构较稳定，即晶格内部几乎不存在离子置换现象，因此由晶格置换而消失的带电（负电荷）较少。 吸引的可交换的反离子量较少。 钻进遇到这类粘土，或含高岭石的泥质岩层，一般孔 壁不易膨胀而缩径。但是，易产生剥落掉块。体六角环的空穴内径相当，故K +进入空穴后不易出来，使晶胞联结很晶体构造示意图:紧，水分子不易

26、进入，因此，粘土因 晶胞间联结紧密而不易分散。有晶置 换现象，使晶胞呈现负性，因而，具 有肯定的离子交换力量；但较低。造 浆率低且钻进时易剥落掉块。8 .海泡石族晶格构造中有一系列的晶道，具有极大的内部外表，水分子可以进入内部孔道。由于特殊的晶体构造，颗粒外形不是片状而是棒状，其外观呈纤维状。晶体构造的通道中 含有较多的吸附水，以及受镁离子束缚的结晶水，具有较高的热稳定性（260度以上），因而，适用于配制深井和地热井泥浆。在淡水和饱和盐水中的水化膨胀状况几 乎一样，因而具有良好的抗盐性，是配制盐水泥浆的好材料。9 .水的矿化度定义：水中离子，分子，化合物的总含量。矿化度较高可以采用碳酸钠进行软

27、化。水的硬度：水中钙镁含量离子交换特点：等电量交换，阳离子之间依据肯定挨次进行交换，低价离子浓度低时 也可以取代高价离子。六、化学性质（集中双电层）1 .双电层的形成：粘土颗粒在碱性溶液中带负电荷，必需吸附阳离子到粘土颗粒外表 （浓集），形成粘土颗粒外表的一层负电荷与反离子的正电荷相对应的双电层，以保 持电的平衡。浓集同时，由于分子热运动和浓度差，又引起阳离子脱离界面的集中运 动，粘土颗粒对阳离子的吸附及离子的集中运动引起的脱附两者共同作用的结果，形 成集中双电层。2 .双电层结构：1 .吸附层：靠近粘土颗粒外表四周的一薄层水化阳离子层。2 .集中层：吸附层外围起直到溶液浓度匀称处为止，由水化

28、阳离子及阴离子组成的较厚 的离子层。3 滑动面：吸附层和滑动层之间的一个假想的滑动面。4 .热力电位：粘土颗粒外表与水溶液中离子浓度匀称处之间的电位差。5 .电动电位：滑动面处与水溶液离子浓度匀称处的电位差相关性质:电动电位取决于粘土颗粒外表负电量 于吸附层内阳离子正电量的差值。电动电位越高，集中层中被吸附的阳 离子越多，集中层越厚。水化膜越厚， 粘土颗粒越稳定。粘土颗粒在悬浮液中的稳定性主要取决于电动电位的凹凸。（3）、影响电动电位的因素粘土外表水化膜薄，（黏土之间一碰撞就聚集）粘土外表水化膜薄，（黏土之间一碰撞就聚集）1、阳离子的种类：吸附高价阳离子， 电动电位低，集中层中阳离子数目少，

29、粘土颗粒易于聚结 2、阳离子的浓度：阳离子浓度大 挤入吸附层机会增大电动电位降低。或者阳离子夺取黏 土直接吸附水离子。（4）、两种双电层1、黏土颗粒层面带负电荷的集中双电层粘土的类型、泥浆的PH值、阳离子的价数、电解质浓度、处理剂的加入量打算集中层 的厚薄的电动电位的凹凸2、带正电荷：为使粘土颗粒带稳定的负电荷，形成稳定的带负电荷集中双电层，必需使粘 土悬浮液处于碱性状态，即PH值大于7 , 一般为8. 09.0 ,有时要求PH值高达910以上。相关结论： 钙质膨润土造浆，需要加入一价钠盐； 泥浆受钙侵时，钙离子浓度增大，集中双电层中的钠离子转为钙离子，电动电位下降，集中层变薄，粘土颗粒聚结，

30、泥浆失去稳定性； 为处理泥浆而加入的低价阳离子电解质时，应严格掌握加量； 可通过加入低价或高价阳离子无机处理剂来调整泥浆的分散或聚结，配制不同种类的泥浆，或进行泥浆化学处理。七、性能与测量.固相含量：泥浆中固体颗粒占的重量或体积百分数。分为有用固相（黏土、重晶石） 与无用固相（岩屑）。1 .比重意义：1、掌握地层压力，调整泥浆比重。2、影响钻速，比重增加，钻速降低， 比重相同固相高会导致钻速低。3、无用固相见使得泥浆的流变特性变差，简洁卡钻； 泥饼疏松，磨损加大3,测定方法：比重秤，液体比重计4 .流变特性：泥浆在外力作用下变形与流淌特性的常数流变方程： 牛顿流体（剪切应力二牛顿粘度*剪切速率

31、） 非牛顿流体包括 塑性流体 哥律流体 假塑性流体1 .流变参数静切力1、定义：衡量静止时泥浆体系凝胶强度的大小。反映静止状态时，泥浆内部颗粒之间 引力的大小。是时间的函数2、影响因素：粘土种类和单位体积中粘土颗粒的含量；处理剂的种类和数量；静止持 续时间。3、降低静切力：清除无用固相，加稀释剂4、提高静切力：加入无机盐或者膨润土（增加颗粒间的引力）2 .触变性：泥浆静止时，颗粒之间相互吸引而形成结构，结构中束缚肯定量的分散介 质，而当外加肯定的切力时，结构拆散，流淌性增长。对于静切力与触变性要求：在静止时，可以悬浮岩屑与加重剂；在开泵时，不困难， 不会憋漏地层。3 .动切力：反映泥浆层流流淌

32、时，泥浆体系内部粘土颗粒之间，粘土颗粒和高分子化合 物之间以及高分子化合物之间的相互作用力，即泥浆流淌时形成结构的力量。影响因素：固体颗粒的含量和分散度、颗粒外表特性即其电动电位，大小和水化程度，加入无机和有机处理剂的种类和加入量，固相含量高，分散率高那么动切力大；黏 土颗粒电动电位降低那么动切力大；黏土颗粒吸附有机质转变端部状态是动切力变大； 加入高聚物，动切力大；4 .表观粘度：是层流运动时，流体内部四种阻力之和。塑性粘度与结构粘度之和。塑性粘度：反映泥浆层流条件下，分散相固体颗粒之间，固体颗粒与液相之间和液相 分子之间的内摩擦阻力。影响因素：固体的含量和分散度、有机处理剂的种类、分子量和

33、加入量降低塑性粘度的方法：削减加土量，除去无用固相结构粘度：反映泥浆层流条件下，粘土颗粒之间及高分子化合物之间所形成的网架结构的力有关。取决于动切力与剪切速率提高结构粘度，提高动切力提高泥浆携带岩屑的力量。在表观粘度肯定时，应尽量降 低塑性粘度和提高结构粘度，来到达携带和悬浮岩屑的目的。漏斗粘度：流出肯定量体积泥浆所经受的时间，粗略反映泥浆的稠度。漏斗粘度测定 时，小管中流过泥浆的剪切速率不同；表观粘度测定时剪切速率肯定。5 .对于钻井的影响影响机械钻速：剪切速率大钻速小影响携带岩屑的力量：层流流速小，紊流不利于孔壁稳定；最好采纳平板型层流影响孔壁：冲刷孔壁，使之水化，冲刷岩层第四章处理剂一、

34、无机处理剂（一）、作用：1 .分散作用：低价离子取代高价离子，使得电动电位提升，水化膜增厚，黏土颗粒分 散，粘度高，失水量下降。2 .掌握分散作用：适当高加盐，使得黏土适量聚集，粗分散状态。提高粘度与切力。增 大悬浮、携带岩屑力量，用于微漏失层，抑制孔壁和岩屑的水化膨胀和分散。3 .调整PH4 .沉淀除钙和络合作用；络合作用使得钙离子很难电离5 .使得有机处理剂溶解或水解6 .交联胶凝作用7 .其他，如堵漏，加重剂二、有机处理剂1 .种类：依据作用与分子结构来分2 .特点：分子量大，形态简单，有多种官能团液相粘度大，要掌握pH值3作用原理：有机处理剂与粘土颗粒的相互主要是吸附；产生吸附的动力有

35、化学键力、 范德华力和氢键力；（二）、作用：1 .降失水作用，黏土颗粒吸附有机失水剂后外表包裹着较厚的可塑性较大的水化膜，黏 土颗粒形成薄泥皮。以及众多的亲水基束缚自由水.稀释作用：吸附在粘土颗粒端部水化弱的部位，拆散粘土颗粒间的端-面联结，破坏泥 浆体系内部的网状结构，放出自由水，粘土颗粒保持分散状态，降低粘度和切力。2 .絮凝作用：有机高分子长链上的吸附基吸附或捕获岩屑颗粒，使岩屑絮集。如聚丙烯 酰胺4,增粘作用：分子量很大，有强亲水基团的长链式高分子化合物，分子链间可因氢键或 与交联剂交联而形成网状结构5 .抑制页岩水化：它具有众多吸附基与页岩孔壁产生多点吸附，形成致密的薄膜，抑制 水的

36、渗透，从而抑制地层的水化膨胀。与无机盐协作使用效果好。6 .流型调整作用：分子链长的线性高分子化合物分子链的松软性大。（三）、常见处理剂降失水剂：腐殖酸类，丙烯酸衍生物，纤维素，淀粉类稀释剂：丹宁榜胶，木质素磺酸盐类絮凝剂：聚丙烯酰胺增粘剂：植物胶，生物聚合物抗温防塌剂：沥青有机阳离子聚合物：阳离子淀粉2 .淡水泥浆1、定义：细分散淡水泥浆：是指靠粘土在水中高度分散而获得泥浆所需要的流变特性和失水特性的泥浆2、特征：含盐量1% ,含钙量120ppm ,不含抑制性高聚物.主要成份：粘土，碳 酸钠，水，降失水剂，稀释剂。3 .钙侵现象：泥浆中钙离子增加，钙离子取代粘土外表的钠离子，水化膜变薄，泥浆

37、中形成结构，粘度、切力、失水量增加消失水土分层聚沉。处理方法：石膏侵时，水泥侵时降低pH值，加入相关药剂药剂：纯碱、烧碱、碳酸氢钠、磷酸二氢钠，加入稀释剂铁铭盐降粘和降失水，加 Na-CMC降失水4 .盐侵1、现象：粘度，切力，失水量增加，钠使得粘度与切力下降，失水量更大；钠离子置 换出氢离子，pH值变大。2、处理方法：CMC降失水，FC1S降粘降切力，野生植物胶维护粘土颗粒的稳定和分 散，必要时，转为盐水泥浆施工。5 .黏土侵1、现象：粘度增加失去流淌性，简洁泥包钻头2、处理方法：加水稀释的同时，加强机械除砂；加降失水剂，必要时，转为盐水泥浆 施工。6 .性能调整1、提高粘度：CMC提高塑性

38、粘度，石灰、氯化钙、氯化钠提高结构粘度，加粘土及纯 碱或烧碱，同时提高塑性粘度和结构粘度。2、降低粘度：含钙量低时，加丹宁或榜胶；含钙、含盐量高时，加铁铭盐；粘土侵 时，加水，同时加降失水剂3、降失水：4、降低比重：优质土配浆；混油并加外表活性剂，配制乳化泥浆；加强机械除砂，化 学絮凝剂，清除无用固相；转为泡沫泥浆7.相关缺点（1）性能不稳定，易受外界离子的影响；（2 ）粘度大，特殊是塑性粘度较大，流变性能差，地表沉砂困难，固相含量高，钻 效低；（3 ）对岩屑和孔壁无抑制作用，因此，粘度和切力高。孔壁不易维护，对于水敏性 地层，易造成缩径、塌孔等事故；三、粗分散泥浆1、定义：是在分散的粘土悬浮液中，加入无机聚结剂，使泥浆中高度分散的粘土颗粒变粗，同时加入有机保护胶处理剂，形成适度聚结的粗分散体系。