巖心鉆探操作講座-泡沫泥漿技術(shù)（第四講）

第四講 泡沫泥漿技術(shù)

一、泡沫泥漿鉆進(jìn)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

1、泡沫泥漿的特點(diǎn)

泡沫泥漿是在優(yōu)質(zhì)低固相泥漿基礎(chǔ)上加入泡沫劑，進(jìn)行充氣發(fā)泡而配制成的一種新型低密度沖洗液。它是氣體分散在泥漿中的氣液固三相流體，其最大特點(diǎn)是密度≤1，液柱壓力低，可實(shí)現(xiàn)負(fù)壓平衡鉆進(jìn)提高機(jī)械鉆速和臺(tái)月效率，減少孔內(nèi)事故，降低成本。在滲透裂隙地層、不穩(wěn)定地層以及煤層、松散礦層等用合金、PDC、天然表鑲金剛石鉆頭和繩索取心鉆進(jìn)，有防漏、護(hù)壁、保護(hù)巖心作用。

2、泡沫泥漿的主要功能：防漏堵漏作用；防塌護(hù)壁作用；潤滑減阻作用；攜屑作用。

3、泡沫泥漿的應(yīng)用范圍：

①在完整、孔壁穩(wěn)定的地層，采用泡沫泥漿作沖洗液實(shí)現(xiàn)平衡鉆進(jìn)和負(fù)壓鉆進(jìn)，可以提高鉆進(jìn)效率。

②在較完整，有輕度坍塌、漏失的地層，采用泡沫劑泥漿做沖洗液較其它任何沖洗液在防塌防漏方面有優(yōu)越性。

③在破碎、裂隙發(fā)育、掉塊、坍塌或中等程度漏失的地層，采用泡沫泥漿作沖洗液，可在配方中加2-3%的磺化瀝青強(qiáng)化孔壁，起到抑制破碎巖層掉快、坍塌、并減少?zèng)_洗液的漏失。

④在膠結(jié)性很差的松散覆蓋層，或第四系未固結(jié)不穩(wěn)定地層中采用泡沫泥漿作沖洗液，由于其流變性為平板性層流，保持孔壁相對(duì)穩(wěn)定，靠低返速高結(jié)構(gòu)粘度有效地?cái)y帶巖粉。

⑤對(duì)片巖、千枚巖、頁巖、粘土等水敏性底層，遇水膨脹、剝落，引起縮徑、掉塊、坍塌、超徑地層，采用泡沫泥漿作沖洗液，因失水量小，且泡沫的吸附能力又強(qiáng)，防塌能力可提高58%左右。

⑥巖鹽、鉀鹽、芒硝等水溶性地層，孔壁易超徑，泥漿性能受到破壞。在這類地層中鉆進(jìn)，在泡沫泥漿中加2‰XC，可提高抗鹽、抗污染能力，代替飽和鹽水泥漿，預(yù)防巖鹽地層的溶蝕。

⑦在大裂隙和巖溶等洞隙性地層，沖洗液全部流失，必須先采用堵漏、充填、或套管封閉等措施后，才能使用泡沫泥漿。

二、泡沫泥漿的配制

在基漿內(nèi)加入處理劑（穩(wěn)泡劑CMC、PHP），高速攪拌約5分鐘，再加入泡沫劑ADF-3，經(jīng)過高速攪拌或噴射發(fā)泡，就制得泡沫泥漿。

發(fā)泡方式有兩種：（1）有空壓機(jī)時(shí)，由空壓機(jī)引出壓縮空氣至高壓管線的氣液混合器，高壓氣流和高速液流在混合中形成泡沫進(jìn)入孔內(nèi)。（2）無空壓機(jī)時(shí)，分為兩種方式：一種使用專用氣液混合器，該方法適用于地質(zhì)鉆探野外作業(yè)，對(duì)高山、缺電、缺水干旱地區(qū)施工容易實(shí)現(xiàn)；另一種方式用一種專用高速攪拌裝置，轉(zhuǎn)速3000r/min左右，該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單易行，使用方便，但發(fā)泡量有限，且不能連續(xù)作業(yè)，有一定的局限性。

三、泡沫鉆進(jìn)（充氣鉆進(jìn)）設(shè)備

泡沫鉆進(jìn)是改善和提高潛孔錘鉆進(jìn)效果的重要配套工藝方法，因此在組合潛孔錘鉆進(jìn)設(shè)備時(shí)就要有所準(zhǔn)備，應(yīng)配備的主要有：泡沫劑、泡沫泵、泡沫液箱、管道、混合器及節(jié)門和測試儀表等。

四、泡沫劑的注入技術(shù)

注入技術(shù)是應(yīng)用好泡沫劑鉆進(jìn)工藝的重要條件之一，在實(shí)際工作中，如何充分發(fā)揮泡沫鉆進(jìn)的作用，這不僅和泡沫劑本身的物化性能有關(guān)，而且和所采用的注入工藝有很大關(guān)系。目前基本采用以下二種方法：

1、間隙注入：把配制好的泡沫劑在每次加鉆桿前從管內(nèi)倒入，每鉆進(jìn)2m左右放噴一次，強(qiáng)排孔內(nèi)巖屑清孔。這種方法具有不用設(shè)備投入，方便簡單的優(yōu)點(diǎn)。但存在以下幾個(gè)問題：a、鉆速不能保持穩(wěn)定正常，嚴(yán)重影響鉆速提高；b、孔內(nèi)積沙（存留巖粉）太多，這樣不僅回轉(zhuǎn)阻力增大，還易產(chǎn)生卡鉆事故；c、循環(huán)壓力高；d、鉆頭工作環(huán)境惡化；e、巖屑重復(fù)破碎嚴(yán)重；f、不能充分發(fā)揮泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的優(yōu)越性。

2、連續(xù)注入：采用泡沫泵（小泵量泥漿泵10－15l/min）把配制好的泡沫劑通過空氣管路三通連續(xù)注入?？捎行У陌l(fā)揮泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的優(yōu)越性，克服間隙注入所存在的不足。

五、一種自行配制的泡沫泥漿

1、泥漿配方：水1立方米+膨潤土50公斤+黃原膠1.5公斤+發(fā)泡劑1公斤+纖維素2公斤

發(fā)泡劑：十二烷基苯磺酸鈉：十二烷基硫酸鈉為2：1配制。

2、配置方法

①膨潤土預(yù)水化16-20小時(shí)； ②均勻加入藥劑；

③用水槍刺均勻；

④在孔內(nèi)循環(huán)，達(dá)到微泡均勻，性能穩(wěn)定。

3、泥漿使用情況

在施工過程中，采用此泥漿，鉆孔孔內(nèi)干凈，攜沙能力強(qiáng)，孔比穩(wěn)定，鉆探效率明顯提高，未出現(xiàn)惡性孔內(nèi)事故?，F(xiàn)場微泡沫泥漿的常規(guī)性能（現(xiàn)場監(jiān)控的性能）大致如下：

密度：0.8-1.1 g/cm3；漏斗粘度30-50 s； 表觀粘度32-45cp； 動(dòng)切力12-15Pa；失水量（30min）<10ml。

sm植物膠沖洗液

sm植物膠沖洗液應(yīng)用范圍包括砂卵礫石覆蓋層、粘土層等所有未膠結(jié)地層及水敏性地層，軟塑性破碎地層，具有較好的護(hù)壁效果和護(hù)膠作用，配合金剛石單動(dòng)雙管鉆具可隨鉆取樣，能提高復(fù)雜地層的采心率，具有粘彈性減振作用，可提高鉆桿轉(zhuǎn)速和金剛石鉆頭壽命。具有潤滑性好，滑動(dòng)性好，泵壓低等特點(diǎn)。

一、sm植物膠沖洗液的配制

1、SM應(yīng)用于砂卵石覆蓋層的配方

SM的濃度以2%（重量比）為宜，加入純堿5%或燒堿2—3%（堿與SM干粉重量的百分比）。

2、SM應(yīng)用與基巖或水敏性地層的配方

根據(jù)巖層條件和目的不同，可選用1—2%的SM濃度，巖層越復(fù)雜，或要求取原狀樣，則SM濃度越高，堿的比例同上。當(dāng)SM濃度較低時(shí)，可加入CMC降低失水量，改善SM漿液的性能

3、SM無黏土沖洗液的制備方法

制備SM無固相沖洗液可以用機(jī)器攪拌（要用立式攪拌機(jī)或軟軸攪拌器），亦可人工手?jǐn)嚒?/span>

①首先將堿加入1/3罐的水中溶解，然后將SM粉均勻撒入堿水中高速攪拌，攪拌20～30分鐘。

②攪拌完后，浸泡4～24小時(shí)，待膠粉充分溶解漿液稠化，2%濃度的新漿黏度達(dá)120秒以上，1%濃度的新漿黏度達(dá)60秒以上即可使用。浸泡時(shí)間根據(jù)氣溫和黏度變化而定，氣溫低，則浸泡時(shí)間長。

4、SM無黏土沖洗液的維護(hù)管理

①在氣溫較高的季節(jié)，攪拌好的SM漿液和機(jī)場使用的漿液要撒入少量甲醛防腐，每天一次，每次每米3漿液約0.5公升。

②使用中的SM漿液，由于膠體吸附巖粉、沙子而消耗，黏度逐漸下降，要適時(shí)加入濃漿調(diào)整其黏度。

③及時(shí)除砂。當(dāng)漿液濃度高而巖粉沙子沉淀困難時(shí)，或鉆進(jìn)自然造漿的黏土地層，應(yīng)適時(shí)加入聚丙烯酰胺水溶液，即可將巖屑沉淀下來。

④發(fā)酵變質(zhì)的漿液，必須徹底放掉，清洗循環(huán)系統(tǒng)，不可混合使用。

二、SM植物膠作為低固相泥漿處理劑

SM加入低固相泥漿中，可以起到提高黏度，減小振動(dòng)，降低失水量，提高泥漿穩(wěn)定性、潤滑性和改善泥漿流變性，提高護(hù)壁效果等多方面的作用，是一種綜合性的泥漿處理劑。

1、配方

制造1米3漿液加入膨潤土的重量和SM粉劑的重量可以根據(jù)地層特點(diǎn)和對(duì)漿液要求的性能選擇，膨潤土的濃度一般為2～3%，SM的濃度一般為0.2～0.5%，純堿為土粉和SM粉總重量的5～6%。亦可加入500～2000PPm的CMC，進(jìn)一步改善漿液性能。

2、制備方法

①將土粉和SM粉混合后同時(shí)加入純堿水溶液中攪拌或者先將土粉在純堿中攪勻后，再加入SM粉攪拌20—30分鐘，然后浸泡待稠化后使用。

②亦可將分別浸泡好的兩種漿液按比例混合并加水稀釋，攪拌均勻即可使用。

③漿液中如需加入聚丙烯酰胺絮凝巖粉，則必須將泥漿攪拌好以后再加入聚丙烯酰胺水溶液，聚丙烯酰胺可以是未水解的或水解過的。