重庆长江穿越泥浆固相含量的控制

重庆长江穿越泥浆固相含量的控制

刘健铭1 ,赵军2

1重庆渝黔天然气有限公司 

2重庆祥泰燃气有限公司   

摘要：本文介绍了重庆长江定向钻穿越的基本情况，扩孔中遇到的进尺慢的难题、原因分析，控制泥浆固相含量分析及措施及使用效果。推荐给读者，起到抛砖引玉之作用。

关键词：定向钻；固相措施；离心机。

一、工程背景。

重庆渝通天然气管道有限公司建设的南川-两江新区天然气管道工程，线路长61.44km。是重庆重点工程之一。

其中长江穿越工程是最重要的节点工程，穿越位置位于重庆市巴南区麻柳嘴镇JL485号桩至渝北区洛碛镇JL486号桩。管径为406.4毫米，穿越长度为2616.8米，穿越深度116.5米，穿越入土点高程202.1米，穿越管道最低点高程59米，定向钻穿越最深点处与入土点高差为143.1m，定向钻入土角为19°，出土角为11°，曲线段曲率半径为607m。地质主要为泥岩和砂岩。泥岩：紫红色，泥质结构，中厚层状构造，主要由粘土矿物组成，局部砂质含量较高，含砂质团块、条带。砂岩：灰色、灰白色，细～中粒结构，中厚层状构造，主要由长石、石英等组成，钙、钙泥质胶结，局部泥质含量较高，夹泥质团块、条带。由于穿越距离较长，经研究决定扩孔至700mm后再回拖管道。

本工程2022年10月4日开钻，采用对钻方式于2023年2月4日完成导向孔工作。之后进行扩孔。扩孔过程中过程中，进尺缓慢，最慢的7小时1根钻杆。经分析，和泥浆固相含量偏高有很大关系。

二、现场调查。

经现场了解，施工场地不足无法开挖泥浆沉淀池，现场泥浆回收设备为振动筛、旋砂器一体的除砂器，无法出去颗粒较小的钻屑。现场泥浆取样检测，泥浆粘度为93s，密度1.25，固相含量33%。现场试图用外运泥浆，加水稀释、勤配新泥浆的办法控制维护泥浆性能，但地层中的泥岩往泥浆中溶解较快，效果十分不理想。可以得出结论：在本工程中，控制泥浆固相含量，是提高进尺的关键。见下图。

三、控制泥浆固相含量分析及措施

3.1定向穿越泥浆固控原理和常用方法

所谓泥浆固相控制（通常简称固控）工艺就是对泥浆中的固体颗粒进行控制的原理和技术方法。通过固控技术以清除泥浆中的有害固体，保留有用固相，满足穿越工艺对泥浆性能的要求。定向穿越泥浆中的有害固相主要是指对设备磨损、影响泥浆流变性能的钻屑。

3.1固液分离的基本原理

固相分离遵循斯托克司定理，该定律阐明了球形小颗粒在液体中自由沉降的数学关系。

V=g(ρS-ρ)d2/18η

式中V——颗粒沉降速度，cm/s；     d——颗粒直径，g/cm3

    g——重力加速度，24525px/s2；   η——液体粘度，cP

    ρS——颗粒密度，g/cm3；       ρ——液体密度,g/cm3

  上式即为Stokes定律，这一定律是分析沉淀池、水力旋流器和离心机等凡利用重力场进行分离的基本公式。

3.2国内穿越泥浆固控的常用方法

主要有稀释、沉淀和机械清除三种方法。

A、加水稀释：将穿越返出的泥浆回收到泥浆罐中，然后加入水、钠土和添加剂调配到穿越所需的泥浆性能，达到降低泥浆固含的目的。优点：方法简单，成本低；缺点：固相清除不彻底。

B、沉淀池沉淀：在穿越出、入土点各挖一个泥浆池或更多，将返浆导入池内，经过一定时间的自然沉降后，抽取上层液相进入泥浆循环，抛去底层的固相。优点：操作简单，成本低，能耗少；缺点：场地占用大，沉降分离速度慢，并且底层的固相难以清除。

C、机械清除：就是采用固相控制系统分离固相的方法。所谓固控系统，是指振动筛、除砂器、除泥器、离心机等，排除泥浆中的砾石、粗细砂以及劣质土。

结合现场情况由于场地受限，无法开挖较大的泥浆坑，加水稀释、沉淀池沉淀无法实现，见下图。现有振动筛、除砂器、除泥器无法满足要求。以此决定，使用离心机处理泥浆。

四、离心机简介

本工程采购的是山东青州生产的LW500-NY型离心机，其原理是利用高速旋转，产生比除砂器、除泥器更大的离心力，在离心力的作用力下，将泥浆中更小颗粒的固相甩出来，达到更好的除泥效果。LW500-NY型离心机主要技术参数如下：

五、使用效果

2023年5月5日，开始使用离心机。经过离心机处理，泥浆粘度由93s降到了45s；密度从1.25降到了1.20，固相含量从33%降到了27%。泥浆性能得到了明显改善，扩孔进尺明显提高，平均扩孔速度由87min/根左右提高到了55min/根左右。

六、结束语

离心机的使用，对泥浆的粘度和固相含量的控制提供了强有力的手段，不但改善了泥浆性能，提高了扩孔进尺，而且大大的降低了废泥浆的产生量及外运量，降低了泥浆外运成本，对保护环境也有很大意义。就水平定向钻行业而言，特别对于较难的岩石穿越工程，离心机的使用会产生较大作用，必将大放异彩，值得推广。