水源钻探中钙处理剂的应用

水源钻探中钙处理剂的应用

张磊

水源钻探中钙处理剂的应用

张磊（内蒙古煤田地质局甘勘测队，内蒙古呼和浩特，010010）

以吉林舒兰矿务局矿井疏干进行钻控施工为例，该地区地质条件复杂，第四系由黄土层与砂砾石层组成。18米以下直至400米的第三系基本由砂页岩、粉砂岩、中砂岩组成。其中有流砂层60米。以前其他兄弟单位也在该区投入过试钻工程，但均由于流砂层漏失坍塌而失败。我队来到该区后，仔细分析了地质条件，决定采用化学泥浆护壁堵漏予防坍塌的方法，来提高钻效，缩短工期。

一、钙处理泥浆的组成

1、淡水泥浆；2、石灰；3、丹宁；4、烧碱；5、钾羧甲基纤维素。

钙处理泥浆是以淡水泥浆为基浆，加入絮凝剂（石灰），并用稀释剂（丹宁碱液）与降水剂（K－CMC），调整泥浆的性能，形成适度絮凝而稳定的粗分散泥浆。

二、钙处理泥浆的原理

石灰是含钙的电解质，加入泥浆后，电离的阳离子是Ca2+即：

Ca(OH)2（固）=Ca2++20H-

1、引起钙离子与粘土颗粒吸附着的钙离子进行交换，使粘土水化能力减弱，水化膜变薄，由于粘土的水化膜变薄而使泥浆形成适当的絮凝状态。同时在稀释剂与降失水剂的配合下，泥浆的性能稳定，具有良好的流动性。

2、絮凝剂的作用

石灰、石膏、氯化钙这些絮凝剂都是含钙的电解质，加入泥浆后，电离的阳离子都是Ca2+即：

Ca(OH)2=Ca2++2OH-

CaSO=Ca2++SO42-

CaC12=Ca2++2C1-

这些Ca2+会和粘土颗粒表面上吸附的Na2+进行交换吸附，使粘土水化能力减弱，水化膜变薄，使泥浆中粘土颗粒形成适当的絮凝状态，在降粘剂和降失水剂的配和下，泥浆仍能保持稳定，且具有良好的流动性和低的失水量。钙处理泥浆实质上是适度絮凝的粗分散体系。

实践证明：泥浆中粘土颗粒的絮凝程度与Ca2+浓度有关。因此，泥浆中加入不同量或不同质的絮凝剂，可使泥浆中粘土颗粒呈不同程度的絮凝状态。

不同钙盐在水中的溶解度不同，提供Ca2+离子的浓度不同，因而絮凝能力也不同，在温度相同的条件下溶解度的顺序是Ca，絮凝能力的顺序是CaC12>CaSo4>Ca(OH)2。一般石灰泥浆滤液钙离子浓度在120Mg/L以上，最高可达300Mg/L。石膏泥浆滤液最高可达1200Mg/L，氯化钙泥浆滤液可达3500Mg/L以上。

三、工艺过程

我们选用当地较好的粘土造基浆，一次性造浆80立方米，加入石灰为泥浆体积的0.5％。基浆比重1.2至1.3粘度，34“至46”开钻后立即进行予处理。

第一次予处理：

丹宁150Kg，烧碱50Kg

用3：1比例加入泥浆池中。

钻进中视泥浆性能进行第二次处理：

丹宁100Kg，烧碱33Kg

仍用3：1的比例加入泥浆池中。

平时加石灰澄清液，每小时100升至120升的流速徐徐加入。

四、钙处理泥浆的性能

γ1.15至1.25

T32“至40”

τ。10至30毫克/厘米2

失水4毫升/30分钟

泥饼1至2毫米

PH10至11

五、钙处理泥浆的管理

1、钻开流砂层后，控制失水，加入K－CMC，每立方米泥浆加入1.5Kg,维持失水≤5毫升/30分钟。

2、视泥浆性能，也可进行第三或第四次处理，加入药品量等于第二次处理的用药量。

3、加强地面除砂，降低固相含量至3％。

4、每天测三次泥浆的全套性能，每二小时测一次粘度、比重。

六、使用钙处理泥浆的特点

1、泥浆的稳定性能好。

2、钙处理泥浆失水小，粘度低，泥饼坚韧光滑，对流砂层有护壁作用，井壁不坍塌，流砂层稳定。

3、成本低，工艺简单，易于调配和控制。

4、钻井效率与成井质量有显著提高。

七、常用钙处理泥浆配制

由于采用的絮凝剂不同，钙处理泥浆可分为：石灰泥浆、石膏泥浆、氯化钙泥浆。氯化钙泥浆和石膏泥浆中含钙离子的浓度，均远远大于石灰泥浆，因此，它们对控制粘土层和泥质岩石的水化膨胀能力大于石灰泥浆，维护孔壁稳定和防止坍塌的效果也均比石灰泥浆好。但是由于钙离子浓度的增大，泥浆的性能特别是失水量和胶体性能的控制也越困难，泥浆的成本也高，因此限制了这两种泥浆的使用范围。在地质勘探岩心钻探中使用比较广泛的是石灰泥浆。石灰泥浆又可分为高碱性石灰泥浆和低碱性石灰泥浆两种，高碱性泥浆中Ca2+离子含量为800-1000Mg/L，PH=12-12.5以上，因其失水量不易控制，在高温情况下易固化，且成本高，故很少使用。低碱性石灰泥浆中含Ca2+离子量为80-150Mg/L，PH=10-11，是地质勘探钻进中最常用的一种泥浆。

现将其配方及配制方法简介如下：

1、按一定的土、水配比配制基浆，为提高粘土的分散度，可按土量的百分数来加碱（Na2CO3），具体加量应通过小型试验来确定。

2、加入10％浓度的降粘剂（丹宁碱剂、栲胶碱剂、FCLS）溶液，加量为泥浆体积的2—3％，搅拌均匀。

3、按配比加入石灰（加量为0.1—0.5％，一般常采用0.3％），石灰应事先调成乳状，加入泥浆后搅拌均匀。

4、如pH值低于9可加入浓度为10％的NaOH溶液调整。

5、如失水量过高，可加入降失水剂（煤碱剂、Na-CMC、HPAN等）调节失水量。

在钻进过程中，泥浆的性能会发生变化，必须定期进行维护处理，维护处理所需的石灰、降粘剂和降失水剂的量应根据具体情况来确定。

八、钙处理泥浆的组成与优点

钙处理泥浆是一种在淡水泥浆中加入絮凝剂（石灰、石膏、氯化钙），并用降粘剂和降失水剂来调节泥浆性能而形成适度絮凝而又稳定的粗分散泥浆。根据加入的絮凝剂不同可分为：石灰泥浆、石膏泥浆、氯化钙泥浆。

钙处理泥浆具有下列特点：

1、钙处理泥浆稳定性能好，具有抗粘土侵和钙侵的能力；

2、钙处理泥浆具有控制粘土层，泥质岩石水化膨胀能力，以及泥浆失水量小，皮浆坚韧光滑，有利于稳固孔壁，防止缩径、掉块、坍塌等。

3、钙处理泥浆易维持低粘度、低切力、流动性能好，有利于提高泵量和钻进速度。