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1、·14·煤矿设计1998年第9期应用综合技术解决钻井泥浆污染问题煤炭科学研究总院北京建井所王秋敏王晓健王新摘要本文阐述了我国钻井法施工中制约技术发展的泥浆污染问题,论述了近年来发展起来的泥浆新技术及其特点,提出综合应用这些技术解决钻井施工中的泥浆污染问题。关键词钻井法泥浆污染泥浆处理抑制高聚物,阻止泥浆中水源与钻屑和土帮的接触。1钻井工程中的泥浆污染问题将粘土浸泡在清水和高聚物溶液中,可以直观在钻井过程中泥浆起着支护井帮、提升岩看出高聚物对粘土水化膨胀的抑制作用,抑制屑、冷却钻头等作用。泥浆循环过程中需不断水化膨胀率可达到30～50%,见图
2、1。其原理地排除废渣和废浆,钻进结束后需全部排除,变是高聚物的柔性长链结构及强吸附性,使得官为废浆。能团在土体表面形成较致密的吸附膜,抑制了目前,我国钻井施工中泥浆排放量一般是钻屑或土帮的水化膨胀。井筒破岩量的2.5～3.5倍,废浆直接排放占用大片土地,造成地表植被破坏,自70年代末我国就着力于钻井泥浆污染处理方面的技术研究,先后开展了钻井地层自然造浆的抑制、钻井泥浆沉降工艺的改进、钻井泥浆水土分离等技术研究,最近又成功地完成泥浆闭路循环技术的研究,这些新技术各有其特点,应综合各技术优势,优化成本,因地制宜地解决钻井泥浆污染图1高聚物抑制粘
3、土膨胀曲线图问题。2.2钻井泥浆沉降工艺的改进2钻井泥浆新技术及其特点在泥浆循环系统中,由井筒返回的浆液在2.1钻井地层自然造浆的抑制地面必须及时净化,以避免重复破碎。有如下地层自然造浆是由于在钻进过程中钻屑不技术手段:断分散、水化,造成泥浆自然增稠增多。抑制地(1)控制地面循环系统内泥浆流态,利用触层自然造浆的关键应从防止钻屑高度分散着变性能,降低泥浆切力提高钻屑沉降效果。具手。体办法为设计泥浆沉淀池的流程,采用设置挡(1)防止钻屑的细粒化:通过合理组合钻具板或沉淀池分段尺寸,控制泥浆流态,达到提高和优化钻进工艺参数可避免钻屑的细粒化,达
4、钻屑沉降效果。到降低地层自然造浆率。在粘性表土中采用刮(2)化学方法泥浆降切:在泥浆中加入适量刀钻头时自然选浆率比采用滚刀钻头降低1/3三聚磷酸钠,削弱泥浆内聚力,增加钻屑的沉降～1/2。在岩层中采用滚刀钻头时,应根据岩层能力,见图2。沉降效果与加量,泥浆稠度及固的裂隙条件,合理布局钻头切削轨迹,避免重复含量有关。对稠化高固相泥浆体系,提高沉降破碎。量3～4倍。一般泥浆体系可提高l～2倍。(2)抑制水化膨胀:其手段是在泥浆中加入(3)化学方法增大钻屑粒径:在泥浆中加入©1994-2010ChinaAcademicJournalElectro
5、nicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net1998年第9期煤矿设计·15·适量线形高聚物是增大钻屑粒径的有效方法。的岩屑粒径达到0.4mm,单机就可满足小型井例如在粘土地层内加入聚丙烯酰胺等能有效地筒的钻井施工,大井可同时启用4～5台。增大钻屑粒径,提高沉降率30～48%。其原理是利用其强吸附官能团与各类钻屑的吸附差异,优先吸附欲除去的钻屑,依靠高聚物的伸展性及可弯曲性,形成较大直径的钻屑。图33泥浆新技术综合应用3.1陈四楼风井泥浆处理图2三聚磷酸钠切沉降曲线陈四楼风井
6、成井深度为416.1m,采用2.3钻井泥浆水土分离技术ª4m超前,ª5.5m、ª7.3m二级扩孔钻进。通为了解决废浆排放带来的地面污染问题,过第三、第四系不稳定表土层厚360.2m。其中90年代初,我国成功地研究出了泥浆水土分离粘土层总厚181.06m,占表土层厚的50.27%,技术及其装置,使得钻井泥浆处理技术达到一井筒总破岩量为17452†。该风井与采用冻结个新的水平。其原理是首先采用化学方法使得法施工的主、副井筒处同一工业场地,施工场地废浆絮凝形成絮团和自由水,然后再用机械方有限,要求占地面积小于600–,钻井施工结束法分离水分。废浆
7、经絮凝和机械脱水后形成可后,对永久工业场地布置及原始地表无影响。堆积的废渣,含水量降至40～50%,接近粘土1990年1月30日清水开钻,利用地层自的自然饱和含水率,分离土可回填工业场地,分然土配置基浆。取消新浆池,采用浅挖高筑法离水可排放。砌筑沉淀池,设置闸门逐渐增大泥浆循环量。用于絮凝的化学药剂主要以聚丙烯酰胺类既减少了占地面积,又降低废浆处埋量。在整的高聚物为主体,配以少量的无机盐类。用于个施工过程中,针对不同阶段的泥浆问题综合脱水的工艺有离心分离和堆积挤压两种,前者应用了以下三项技术。废浆处理量较小,但脱水速度快。后者处理量(1)钻
8、井地层自然造浆抑制大,经济实用。陈四楼风井地层中,直接造浆地层共有92.4泥浆闭路循环系统种,总厚291.4m,间接造浆地层2种,厚度11.传统的地面循环是敞开的、需要建沉淀池,
