非开挖工程为什么要用膨润土泥浆

本文结合作者多年的实践经验和工程事例,再次强调了合适的运用泥浆是HDD钻孔过程成败的关键。使用恰当设计的钻液配方和合适的钻液配置程序,将提高整个工程的效率,最终将节省工程费用。合适的泥浆配方和合理的钻进工艺的标准,就是要在钻具周围形成一个用来容纳回拖管线的通敞的孔洞。引用了国内外专家的论述,更进一步的证实了泥浆在整个钻进过程的重要。
重要性:泥浆是进行各种钻孔施工包括水平定向穿越项目的关键技术,这个问题若摆在石油钻井工业专家面前是不会产生争论的,若询问泥浆材料的供应商和水平导向钻孔的大多数施工单位,他们会告诉你使用泥浆将使工程进行的顺利和轻松、经济并取得高效。但总有些工程单位在进行钻孔工程时不重视泥浆,或根本就不使用泥浆,他们在钻进和回拖过程中只使用水来充当泥浆,他们认为水比较便宜又方便提取,还可以增加在岩层中的切削速度,其实这是一种错误的观念。
关于成本:我们知道水平导向钻孔市场竞争是越来越激烈,但若能够使用合适泥浆的操作者,即使在困难的地质条件和较低的合同价时也肯定能赚大钱。因为,具体的土壤条件将决定你使用的泥浆的具体成分和构成,不要舍不得把钱花在泥浆材料的投入上,其实泥浆材料的成本只占整个工程成本的1−5%之间。否则可能会在工程中花更多的钱去处理钻孔中的事故或导致工程失败,造成的损失将大大超过泥浆材料的投入,若失去了相应的市场那就更不值得。
泥浆在工程中对提高总体的切削速度和悬浮钻削起着重要的作用,只有使用适合地质条件的泥浆,才能够确保操作者快速顺利的完成一个项目,同时,泥浆材料的工程消耗与占大头的设备开支以及完成工程项目后的价值相比,相对成本并不高。
下面就现场经常遇到的几种情况和问题,结合本人多年的实际经验进行分析,并借用国外泥浆专家的观点进行点评,以便在施工时对照学习和提高:
钻液(泥浆)专家告诉我们:通常所说的使用合适的泥浆,必须是符合地质条件的淡水和泥浆材料的混合物,而不只是清水,由于流动状态的水不具有的相应的携带能力和护壁性能,而且它也会不停地向周围岩层渗透所以就会导致钻孔塌方或缩径,反而会使回拖和旋转压力上升,并且造成对钻杆和钻具的过度磨损。所以再次提示:仅使用水会产生许多不利的因素,有时水的不利因素远远超过其有利因素,甚至会导致工程的失败。例如:在一个工作现场,在钻孔时用清水在粘土中钻进,不用说问题是接踵而来。在导向孔打到大约100m钻头准备出土的时候,钻杆几乎被粘住了。因为,此时钻机已经达到最大旋转压力,而钻杆几乎不转。回拉压力也达到了最大,回抽一根钻杆要花45min到1个小时的时间,当然,此时的机器绝对达到了能力极限,这些粘性的、膨胀了的泥土给设备造成了非常大的磨损和损害。在第二次打导向孔时,根据地质情况,采取了合适的泥浆配方,调整了泥浆性能,然后进行钻孔和回拖管道,整个过程中旋转压力只有最大值的1/3−1/4,并且轻而易举地拖回了管道。
以上是一个不使用钻液导致粘管的例子。美国Sun West泥浆公司的工程经理White说:"这是一个主要问题。如果不使用任何钻液来将钻屑清除出钻孔它们就会留在钻孔中并挤满钻杆、回扩头和回拖件周围的空间,从而导致三者都被粘牢,这就是一个因不使用钻液而导致粘管的事例。原因就是粘土遇水会膨胀并变得非常的粘,以至钻杆不能转动或抽出的典型工程"。还有一个场合,"就是在不使用膨润土或其它添加剂的情况下在沙土中钻进。沙土会变潮变松,使孔壁塌方或使整个孔壁紧贴在钻头或扩孔器的周围。如果你的钻具被粘牢且不能挖出,价值成千上万的设备将会损失掉。"以下就是一个典型的例子:在另一个现场,钻孔时直接推进的力较大,旋转钻进时推力减小,停下来10min,再次钻进时就不好钻入,停下来20 min后,再想钻进或抽回时都很困难,原因是钻进到砂层,只使用水做钻进液不能够使钻孔成型,钻进的同时钻孔也随着塌方,所以,钻进或抽回都十分困难,费了好多时间和材料才将钻头抽回,后来经过使用泥浆材料,使泥浆具有相应的悬浮岩削的能力,钻进和回拖管道都十分顺利。
针对这类情况,这些情况的原因都是因为"仅仅用水是不能悬浮切屑的,因为钻液才具有稳定钻孔,悬浮并将切屑带至孔外的作用,所以,不使用钻液钻孔时,悬浮性将成为一个问题,它将使钻削留在孔中,从而造成埋钻和钻液损失"。
还要注意:无论什么情况下,都要使用膨润土配制的泥浆,不能只使用水做钻进液,只使用水的严重结果,是对钻孔和你的泥浆泵系统的设备造成损害。对钻孔的损坏的情况就如前述的在粘土和砂层中的钻进,一边钻进一边破坏原来的孔壁,使钻孔难以进行或工程失败。对泥浆系统的损坏,主要体现在机件的磨损上,泥浆具有一定的润滑性,而水没有润滑性,通常说水是发涩的,不能够提供摩擦副之间的润滑膜,所以会造成泥浆泵柱塞和缸套和泥浆管路的磨损。所以,要求施工时一定要取用干净的淡水,不能够含有杂草,尤其注意不要将河底的沙子一并抽入泥浆罐中,以免造成泥浆系统的过度磨损。
泥浆专家和有经验的施工者都认为:使用恰当设计的钻液配方和合适的钻液配置程序,将提高整个工程的效率,最终将节省工程费用。我们都有体会:合适的泥浆配方和合理的钻进工艺,对整个工程的顺利是很重要的,关键是要在钻具周围形成一个用来容纳回拖管线的通敞的孔洞,一定要依照地质地层的实际情况,来配制泥浆,必要时还要加入相应性能的化学添加剂,没有万能的泥浆配方,同时要注意的是:添加剂一般都具有这样和那样的作用,选用时,要根据具体的情况来决定添加比例,不是越多越好,就像再好的药都有副作用那样,有时副作用会致人于死地的,泥浆添加剂也一样。
例如:有一家穿越公司,每次都采用同样的几种添加剂,用在一般粘土或亚粘土等普通地质钻孔工程,各种材料的比例和加入量基本不变,在几次工程中没有出现什么情况,而在换了另一个地区后,还采用自己的配方,结果第一次导向孔钻孔到600m后,无法钻进,只有抽回钻杆重钻,当第二次再钻到500m后,又无法钻进了,不得不再次抽回全部钻杆,并请求我帮助分析原因和提供技术支持,经过了解和分析当地的地质情况,指导他们改变了泥浆添加剂的组成和配方,结合所用钻机的性能,调整泥浆的压力和流量,以及钻进的工艺参数,这次只用了不到30小时就完成了820m的导向孔的钻进,拖管时也很顺利。
以上是一些经历的工程事例和简单分析,下面请听有关专家的在这些方面的评说: "钻液是专门用来排除施工中的麻烦的。我们在竭力教会采购我们产品的施工人员,知道在什么时候应该使用哪一种钻液和添加剂。""我们希望施工人员能够将泥浆技术作为一种工具,来完成HDD的工程施工过程"。
美国Bariod公司的Frank Canon这样回答了钻液的重要性问题,"让我们用一些其它问题来回答这个问题",他说,"当一个项目进行得很糟时,为什么我们是首先求助的对象?为什么总是询问钻液混合是否有问题?难道是因为有特定的钻液用于控制特定的土壤吗?"。只能这样理解:只有使用合适的泥浆,才能够使工程进行的顺利并取得效益。
美国Wyo−Ben公司的工程师Pac Kelly对使用钻液的评论是"恰当配制的钻井液,并不一定意味着是很复杂的钻液,关键是要适合地质状况,有时只使用高效的膨润土和一种或几种聚合物的混合物,通过改变数量就可以处理许多不同土壤的钻孔,掌握原则和灵活处理,你一定能成功。"
总之,泥浆(钻液)专家和我们的经验都证实:恰当的使用钻液是成功完成一个钻进项目的关键因素,而且不使用钻液的承包商所占比例也越来越小,所以,要重视对钻进操作者的培训,尤其对新的操作者的培训更重要。
一定要牢记:保持泥浆的性能符合地质要求,并使钻液在流动时具有将更多的物质带出钻孔的能力,而且在钻液停止流动时,泥浆的凝胶悬浮力能够支撑切屑,保证钻孔中切屑不会堆积。所用泥浆要求能够在孔的周围形成滤饼通常称为"泥饼",形成的薄而坚韧的泥饼,将控制钻液中的水分渗透到钻进的土层中去,并维持钻孔在一定的时间内不塌方,直到将整个管道回拖完成。记住以上的专家建议和提示,就可以使你的工程进行的更顺利并取得良好的经济效益和社会效益。

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