泥浆配比实用培训资料(doc 18页)
饶秋生申金生
（中国建筑技术集团有限公司郑州分公司，郑州 450053）
摘要: 水平定向穿越对不同地质情况施工中，泥浆配置工作对穿越成功起到至关重要的作用。本文通过在不同地质中的施工经验，总结一些提供给同行，共同学习。
关键词：水平定向钻进、泥浆配置
水平定向钻进已广泛应用于市政、通信中管线穿越。施工的孔径越来越大，穿越长度越来越长，钻越不同地质的情况也越来越多。钻进中的成孔率和孔洞的稳定性对泥浆的配置质量要求越来越高。本文对水平钻进中泥浆配置的适应性作详细分析。
1 泥浆的分类及性能
1.1分类
中国膨润土矿资源非常丰富，既有钙基膨润土，又有钠基膨润土，此外还有氢基、铝基、钠钙基和未分类的膨润土。膨润土(Bentonite)又称膨土岩等，是以蒙脱石(也称微晶高岭石、胶岭石)为主要成分的粘土岩—蒙脱石粘土岩,常含少量伊利石、高岭石及沸石、长石、方解石等。蒙脱
润土的物理化学性能和工艺技术性能影响颇大。3）理化性能
膨润土具有极强的吸湿性，吸水后膨胀，膨胀数可达30倍。在水介质中能分散呈胶体悬浮液，这种悬浮液具有一定的粘滞性、触变性和润滑性。它和水、泥或砂等细碎屑物质的掺合物有可塑性和粘结性。有较强的阳离子交换能力。对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力，最大吸附量可达5倍于它的重量，具有表面活性的酸性漂白土能吸附有色物质。
膨润土的理化性能主要取决于它所含的蒙脱石种类和含量。一般钠基膨润土较之钙基或镁基膨润土的物理化学性质和工艺技术性能优越。主要表现在：吸水速度慢，但吸水率和膨胀倍数大；阳离子交换量高；在水介质中分散性好，胶质价高；它的胶体悬浮液触变性、粘度、润滑性好，PH值高；热稳定性好；有较高的可塑性和较强的粘结性；热湿拉强度和干压强度高。所以钠基膨润土的使用价值和经济价值较高。
2 泥浆的检验方法
测量泥浆密度的仪器目前用得最多的是密度秤。测量时，将泥浆装满于泥浆杯中，加盖后使多余
的泥浆从杯盖中心孔溢出。擦干泥浆杯表面后，将杠杆放在支架上（主刀口坐在主刀垫上）。移动游码，使杠杆成水平状态（水平泡位于中央）。读出游码左侧的刻度，即为泥浆的密度值。测量泥浆密度前，先用清水对仪器进行校正。如读数不在1.0处，可用增减装在杠杆右端小盒中的金属颗粒来调节。
泥浆的密度是指泥浆的重量与规定体积水的重
量之比。施工中现场测定的泥浆密度的大小主要取决于泥浆中造浆粘土重量和钻屑重量之和。在有外加剂等其他物质加入的时候，外加剂等的重量也须计入。
3 泥浆在不同地质条件下的应用及其影响
在砂层、砾石、卵石以及破碎带地层中钻进，由于颗粒之间缺乏胶结，钻进时孔壁很容易坍塌，故成孔的难度很大。对于这类地层用泥浆护壁，解决问题的关键是增加孔壁颗粒之间的胶结力。粘性较大的泥浆适当渗入孔壁地层中，可以明显增强砂、砾之间的胶结力，以此使孔壁的稳定性增强。提高泥浆粘度，主要通过使用高分散度泥浆（细分散泥浆）、增加泥浆中的粘土含量、加入有机或无机增粘剂等措施来实现。细分散泥浆
是含盐量小于1%，含钙量小于120ppm，不含抑制性高聚物的分散型泥浆。其组成除粘土、
Na2CO3和水外，为了满足钻孔需要，往往加有提粘剂、降失水剂和防絮凝剂（稀释剂）。依所加处理剂的不同，可有不同种类，如钠羧甲基纤维素泥浆、铁铬盐泥浆、木质素磺酸盐泥浆和腐植酸泥浆等。用较高粘度的细分散泥浆在砂、砾层中钻进的成功工程很多，包括在流砂地层中钻进。
3.1泥浆对钻速的影响
随着泥浆密度的增加，钻速下降，特别是泥浆密度大于1.06～1.10 g/cm3时，钻速下降尤为明显。泥浆的密度相同，粘度愈高则钻速愈低。3.2 泥浆中含砂量对钻进的影响
泥浆中的岩屑含量会给钻进造成很大的危害。使孔内净化不好而引起下钻阻卡，而且可能引起抽吸，压力激动等，造成漏失或井塌。砂的含量高，孔内沉淀厚。造成孔壁水化崩塌，而且易引起泥皮脱落造成孔内事故。同时泥沙含量高，对管材、钻头、水泵缸套、活塞拉杆磨损大，使用寿命短。因此，在保证地层压力平衡的前提下，应尽量降低泥浆密度和含砂量。
3.3在软土地层中泥浆的密度
在软土地层中，泥浆密度过小或钻进速度过快，都将导致塌孔现象。通常在此土层中泥浆密度保持到1.25g/cm3会更好。
4 常见泥浆的配方实例
工程中泥浆种类繁多，但根据其化学成分可归类为以下几种，其配比方法如下：
4.1 Na-CMC（钠羧甲基纤维素）泥浆
该泥浆为最普通的提粘型泥浆，Na-CMC起进一步提粘和降失水作用。配方为：优质造浆粘土150～200g，水1000ml，纯碱5～10Kg，Na-CMC6kg 左右。泥浆性能为：密度1.07～1.1 g/cm3，粘度25～35s，失水量小于12ml/30min，pH值约9.5。
4.2 铁铬盐-Na-CMC泥浆
该泥浆提粘且稳定性较强，铁铬盐起防絮凝（稀释）作用。配方为：粘土200g，水1000ml，纯碱液50%浓度加量约20%，铁铬盐溶液浓度20%加量0.5%，Na-CMC 0.1%。泥浆性能为：密度1.10 g/cm3，粘度25s，失水量12ml/30min，pH值9。
4.3 木质素磺酸盐泥浆
木质素磺酸盐取材于亚硫酸纸浆废液，一般与煤
碱剂配合使用，在提粘的基础上解决泥浆的防絮凝和降失水。配方为1m3泥浆用粘土100～
200kg，亚硫酸纸浆废液30～40kg，煤碱剂10～20kg，NaOH5～10kg，消泡剂5～10kg，水900～1000L。泥浆性能为：密度1.06～1.20 g/cm3，漏斗粘度18～40s，失水量5～10ml/30min，在钻进过程中为进一步降失水可升加0.1～0.3kg Na-CMC。
4.4 腐植酸泥浆
腐植酸泥浆是用煤碱剂或腐植酸钠做稳定剂的，它可以与其他处理剂如Na-CMC等配合使用，制备腐植酸泥浆的配方是1m3泥浆中加150～200kg煤碱剂(干量)，3～5kgNa2CO3，900～1000L水。泥浆性能：密度1.03～1.20 g/cm3，失水量4～10ml/30min，pH值9。
5 结语
在水平钻进施工过程中，正确适当的泥浆的配置对穿越起决定性作用。而选用不同密度的泥浆要视具体地质情况而定。
水平定向钻进泥浆配方的研究
1 前言
水平定向钻进泥浆配方的研究是管理局2003年重大科技项目“大口径长输管道穿越施工技术研究”中的重要组成部分。我国在水平定向钻进的施工中所应用的泥浆是由膨润土单组份组成的，存在易产生被钻的孔洞塌方、卡钻问题，造成水平定向钻进的失败。针对钻进中的失败原因，借鉴石油工业的钻井泥浆技术，结合多变的地表土壤情况和现场施工经验，研制了水平定向钻进泥浆配方。
本文作者作为本项目的承担者，对该项目进行了研究，现将项目中水平定向钻进泥浆配方研究取得的技术成果进行介绍，供大家进行交流。
2 功能设计
在水平定向钻进施工中，人们把泥浆比作钻进的血液，泥浆停止循环时，钻进工作就不能继续进行。随着泥浆技术水平的提高，人们对于泥浆的作用和意义的认识也逐步提高。泥浆的作用和地位更加突出，泥浆也更加受到普遍的重视。泥浆的主要功能：
一是携带和悬浮钻屑。这是泥浆的一个基本功能，就是要把钻头（扩孔钻）破碎的岩（土）
屑从孔洞中带出孔眼，保持孔洞净化。其二、稳定孔壁。孔壁稳定、规则是优质快速钻进的重要基础条件，也是泥浆技术措施的基本立足点。其三、冷却和冲洗钻头，清扫孔中（底）岩（土）屑。还有泥浆比重能在比较大的范围内调节，以建立与地层压力相平衡的液柱压力，防止漏、塌、卡等地下复杂情况。
总之，应根据每一次钻进的各个阶段的地层特点，结构、钻进措施等具体条件，正确选择泥浆类型，决定相应的合理的泥浆措施，达到优质快速钻进的目的。
3 泥浆配方
（1）泥浆类型的选择
目前，泥浆基本类型有：水基泥浆、油基泥浆和气基泥浆。
水基泥浆以水为分散介质，其基本组分是黏土、水和化学处理剂；
油基泥浆由柴油（或原油）和沥青（或有机般土）及有关处理剂配成；
气基泥浆气体的来源于化学法产生，流体是由气、液两相或气、液、固三相组成。
根据我们现有的钻机性能和我国的地质条件，选择以水为分散介质，由粘土、水和化学处理剂基本组分的水基泥浆。
（2）泥浆的组成
①粘土（膨润土）
水平定向钻进泥浆中的粘土主要由很细（2微米以下）的粘土矿物颗粒组成。它们主要含氧化硅、氧化铝和水，还有少量的铁、碱金属和碱土金属，粘土矿物的化学成分是含水铝硅酸盐。粘土矿物的种类很多，常见的和对泥浆工艺较为重要的只有四种：高岭石、伊利石、蒙脱石和海泡石。水平定向钻进泥浆中的粘土是以蒙脱石为主的膨润土（又称粘土）。
②化学处理剂
为了保证水平定向钻进泥浆的稳定性和提高泥浆的各种工艺性能，以适应各种情况下的钻进要求，泥浆中使用着各种各样的化学处理剂（泥浆添加剂）。水平定向钻进泥浆常用的化学处理剂（泥浆添加剂）有：A.纯碱；B.防塌剂；C.降失水剂；D.润滑剂；E.表面活性剂；F.增粘剂；
A. 纯碱
碳酸钠（Na2CO3），又叫苏打。纯碱在水中容易电离和水解，在配制时加入从而有效地改善粘土的水化分散性能，因此加入适量纯碱可使泥浆的失水下降，粘度、切力增大。
b.防塌剂
主要有：腐殖酸钾、沥青粉、磺化沥青粉、磺化酚醛树脂、煤碱液；
c.沥青粉：
具有两重性，可以用于水基钻井液中，能增加泥饼的润滑性，有防粘卡效应，能堵塞泥饼孔隙和调节泥饼中固相颗粒之间的粘结力，有降滤失量和防塌作用。
d.聚合物：
我们使用的聚合物类为：聚丙烯酰胺（PAM）；聚合物有絮凝、防塌、剪切三大作用。
e.降失水剂：
降失水剂有：钠羧甲基纤维素（Na—CMC）CMC、聚丙烯腈；
f.润滑剂：
在水平定向钻进中使用的为极压润滑剂、聚氧乙烯、硬脂酸酯、CP－233磺化妥尔油沥青等。由于润滑剂分子的亲水基吸附在金属或粘土的表面上，形成一层坚固的化学膜，使接触面之间的摩擦发生在亲油基之间，它提高了泥浆的润滑性，从而降低了摩擦力，减少钻具与泥浆的摩擦，可防止粘附性卡钻。
③水
泥浆中的水，我们选择淡水pH值控制在7-8。
(3) 泥浆配方
①泥浆配方研究方案的选择
根据地层特点，结构、钻进措施等具体条件，泥浆配方研究方案分为：
A．按地层的特点、结构及土壤分类进行泥浆的配方研究；
根据我们现行水平定向钻进的实际情况，结合我国的地表土壤分布状况,按地层的特点、结构及土壤分类。选择具有普遍性、广泛适用于各类地区及施工需求的泥浆配方进行研究。土壤的类型可分为：
a.粘土型；
b.砂土型；
c.灰土型；
d.风化页岩型；
e.砾石型；
f.淤泥型；
以上六种土壤是我国地表（距大地表面30m深以上）分布比较普遍和广泛的，是我们在施工中接触最多，需要首先解决的泥浆配方；
B．按钻进措施、钻进工序和使用的机具进行泥浆的配方研究
按钻进措施、钻进工序和使用的机具进行泥浆的配方研究，是根据水平定向钻进每次设计的实际工艺和工序进行泥浆配方研究。这一方案具有复杂性，既要泥浆的配方符合实际工艺和工序的要求，又要泥浆的配方符合土壤的类型。因此，该方案实际操作难度大需长期研究，同时需要大量的现场数据进行对比筛选，
我们目前无论是项目的研究时间，还是现场施工的技术数据都不具备条件，这一方案可做为今后研究的课题；
②粘土层的泥浆性能要求及组成
A．粘土层的地质特点：粗土、地质结构松散，砂、冲积砂土层、种植土、回填土等、粉砂土及淤泥。细土地质构造较硬，吸水较强，其中黄色泥岩、褐色泥岩最具有代表性。
B．其主要特点：成孔性好，可钻性好，钻具在土中旋转推进、造斜和出土都能比较好的成孔，不易坍塌，是最适宜穿越的地层。
c．浆性能要求：
密度粘度切力PH 值
失水
（中压）
泥饼
1.05-1.07 35-40″0-2/2-6 8.5-9 4-7ml 1.0-1.2
d. 泥浆的组成：
膨润土+ 纯碱+ 降失水剂+ 润滑剂
泥浆的配合比（Kg/m3）：
1：0.04:0.06:0.06
在一般的条件下，采用上面的配合比；施工中要根据现场的实际情况进行适当的调整。
③砂层和细砂、卵石、砾石（少量的）地层的泥浆性能要求及组成
A．砂层的地质构造特点：少量的粘土或粉质土夹杂大量的黄砂，其中还含有一定量的卵石、少量的砾石。
B. 其主要特点：成孔性一般，易塌、易漏失、吸水能力强。导向孔和回扩孔时极易坍塌，泥浆含砂量高造成机具对岩屑的重复破碎，机具和设备磨损较重。
c.泥浆性能的要求：
密度粘度
失水
（中压）
PH 值泥饼切力
1.05 50-65″4-5ml 8.5-9 1.5 2-4/4-8
K≥11（提高K值有利于防漏、防塌，提高K值在定向钻的现场最直接的方法就是加膨润土、或加高分子聚合物）；
n≤0.55（降低n值有利于携带岩屑、洗孔）；
t0动切力≥15 （屈服值，达因/厘米2）
d.泥浆的组成：
膨润土（高含量）+ 防塌剂（聚合物、浓度适宜）+润滑剂
e.泥浆的配合比（Kg/m3）：
1：0.05：0.06
在一般的条件下，可采用上面的配合比；施工中要根据现场的实际情况进行适当的调整。
④砂层和细砂、卵石、砾石（少量的）地层的泥浆性能要求及组成
A．地质构造特点：完全的黄砂、含水量较大的流砂，其中包括卵石、砾石，此种地层一般比较少。B．其主要特点：成孔性极差、易坍塌、易漏浆，易造成大区段的井壁坍塌包裹或掩埋钻具或机具，钻进速度慢，钻具、机具磨损严重，泥浆含砂量大，钻具、机具重复破碎情况严重。
c．泥浆性能的要求：
密度粘度
失水
（中压）
PH 值泥饼切力
1.05-1.10 60-70″4-5ml 8.5-9 1.5-
2.0 2-6/6-10 K≥15n =0.57-0.66 t0 =20
d．泥浆的组成：
膨润土（高含量）+ 防塌剂（聚合物）+ 降失水剂+ 润滑剂
e. 泥浆的配合比（Kg/m3）：
1：0.03：0.04：0.03
在一般的条件下，可采用上面的配合比；施工中要根据现场的实际情况进行适当的调整。
注：以上三组配方获国家发明专利；
4.实例
以“西气东输”工程我们穿越的六条河流为例，说明自行研制的泥浆所产生的经济效益，下面的举例计算是穿越时孔洞所必需的数量，未考虑损失量和循环用量，一般考虑损失量和循环用量的总和为2.2-2.5。
5.结束语
我们研制的水平定向钻进用的泥浆，通过在施工中的应用是成功的，达到了水平定向钻进工艺设计的要求，完全满足水平定向钻进在各种地质条件的成孔技术，已达到国内先进水平，获国家发明专利；其费用非常低廉，经济效益显著，可节约大量的投资，降低施工成本；它也可以做为产品，对外销售创收达到以收抵支的良性循环；随着科学技术的进步，水平定向钻进用泥浆也会不断地向前发展。因此要不断的跟踪先进技术及时地补充水平定向钻进用泥浆配方，使水平定向钻进泥浆配方始终保持其先进性。
序
号工程名称
穿越
长度
(米)
穿越管
道直径
(mm)
土壤
类别
经济效益对比（万元）
研制外购节约投资
1 “西气东输”管道工程B24滁
河穿越工程
708.20 φ1016粉质
粘土
6.98 20.10 13.12
2 “西气东输”管道工程B24新
禹河穿越工程
549.60 φ1016
砾石层
10．45 151.07 140.62
3 “西气东输”管道工程B24泗
柳河穿越工程
540.90 φ1016
粘土
5.33 15.35 10.02
4 “西气东输”管道工程B23滁
河Ⅰ穿越工程
540.60 φ1016粉质
粘土
5.33 15.34 10.01
5 “西气东输”管道工程支线Ⅰ
横港河穿越工程
897.50 φ813软岩瘀泥质
粘土
7.07 10.89 3.82
6 “西气东输”管道工程支线Ⅰ
京杭运河穿越工程
546.30 φ813砂层瘀泥质
粘土
4.30 6.63 2.33
总计3783.10 39.46 219.38 179.92
在十年前，HDD (水平定向钻进) 在西方就成为了一项重要的技术。早期，这项技术只是应用于穿越河流铺设管线，而在这些地方，明挖铺设显然是不切合实际的。随着这项技术的进一步发展，HDD技术成为了众多市政管线铺设工程的选择，铺管直径已从几公分发展到一米以上。现在，HDD进技术通常被用于穿越公路、机场跑道、以及地下管线，甚至穿越地下建筑。使用HDD技术可以在不阻断交通的情况下，在繁忙的商业区与工业区施工，从而减少由于阻断交通对这些地区生产力的影响。
HDD技术被介绍到中国仅仅几年时间。现在中国已经成为这个世界上发展最快的HDD市场。在开始的几年中，Vermeer（威猛）以及一些其他的国外的钻机制造商主导了国内市场，近年来，一些国内的制造商也已经取得了一定的成功，而Vermeer不久将开始在中国组装钻机，以此来对付日益激烈的市场竞争。由此我们相信，在中国，随着HDD技术的日渐成熟，对HDD泥浆材料的要求也会越来越高。
HDD泥浆概述
泥浆有几个重要的功能。它可以冷却润滑钻头、钻杆与其他孔内钻具；可以密封钻孔，从而保证钻孔稳定；最后，他们可以携带钻屑，把钻屑运出钻孔。一个好的泥浆系统应包含上述所有的功能。而更加先进的泥浆还应当能够有效抑制土壤的水化膨胀，能够输送更大的钻屑甚至石头。
在HDD泥浆材料中最广泛被使用的就是膨润土。世界上最好的膨润土是纯天然的西部钠基膨润土,如果BAROID的QUIK-GEL,BORE-GEL，它产自美国西部的一个地区。这些优质的泥浆材料已经通过百莱玛,无锡鼎隆等一些经销商进口到中国。但是大多数施工单位因为对泥浆不甚了解,不管实际需要,只
看注重价格,一般使用国内生产的膨润土，甚至有一些施工单位用水去替代泥浆，这往往会发生事故，从而
产生更高的施工成本。
当然，国内生产的泥浆也可以用于一些简单的例如水井钻进等领域。但对于有更高要求的HDD 来说，这些材料就不能充分满足了。中国的膨润土矿藏都是较为初级的钙基土，而钙基土的提粘性能较差，同时漏失量很高，并且国内大多数的矿藏都有很高的含沙量，这样的话就会增加设备维护的成本。
粘度可以被描述为液体流动的能力，使用厘泊作为计量单位。例如，奶油的粘度比水高，而蜂蜜的粘度又比奶油高。良好的粘度性能可以保证泥浆在孔内的适当的流动，从而把钻屑清出钻孔。膨润土的造浆率通常是指一短吨（2000磅）的膨润土可以制造多少桶（42加仑/桶）粘度为40厘泊的泥浆。钙基土的造浆率一般为35－45bbl/ton，标准的西部钠土最小为90bbl/ton，而一些先进的泥浆材料造浆率可达200bbl/ton。表面上看，使用钙土成本较低，但实际上如果比较造浆率的话，使用钙土反而会增加材料成
本。
在HDD钻进中，胶凝强度是泥浆最重要的一项性能。胶凝强度是膨润土形成凝胶体在孔内悬浮钻屑的能力。如果钻屑没有被悬浮起来，它们就不能被携带出钻孔，它们就会沉在钻孔的底部。这样钻屑就会堵塞钻孔，导致泥浆循环失效同时孔内压力会急剧升高，泥浆很有可能会压裂地层溢出到地面。也可
能会发生埋钻事故损失钻具。
一个好的泥浆系统应具有较低的滤失量。如果一种泥浆的滤失量较高，那么有很大部分的泥浆就会渗入到地层中，首先，由于泥浆的损失会增加泥浆材料的成本，而最重要的是，渗入到地层中的泥浆会使地层液化，最终导致钻孔坍塌。而钻孔的坍塌可能会导致钻具的损失并且延误工期。膨润土是由很多的小的板状体组成的，在一种好的泥浆系统里，这些小板会紧密的贴在孔壁上，形成一层又薄又韧的滤饼层，从而防止泥浆过多的漏失到地层中，进而稳定钻孔。
HDD泥浆配方介绍---(2) 砂质地质
泥浆配方是要以正确鉴定我们钻进的土壤地层为基础的。只有在了解了土壤地层的特点后，我们才能正确配制出合适的泥浆。比如，若是在沙地和卵砾石层中钻进，就必须要用膨润土泥浆；若是在粘土和页岩中钻进，我们应该添加聚丙烯酰胺（PHPA）在泥浆中。针对不同的土壤和地层，所用的泥浆原料和添加剂都是很有讲究的。比如在沙地中，如果有卵石或者砾石层，我们就要考虑是否要添加胶凝强度促进剂来增加泥浆悬浮能力，促进排屑。如果是在极度干燥或是多孔而易渗水的地层，就需要多加些降失水剂
的聚合物来加强泥壁。
我国的地表土壤分布状况，按地层特点、结构及土壤可简单分为下列几大类：
a.粘土地质
b.砂质地质
c.卵砾石层
下面介绍基本的几种HDD泥浆配置方法（产品为BAROID品牌）。
（2）砂质地质的泥浆性能要求及组成
A. 砂质地质的地质特点：少量的粘土夹杂大量的黄砂其中偶有少量砾石。
B. 其主要特点：成孔性一般，易塌，易漏失、吸水能力强。导向孔和回扩孔时容易坍塌，泥浆含砂量高
造成机具和设备磨损严重。
C. 泥浆性能要求：中高粘度，降低泥浆失水量，形成优质泥壁，防漏防塌，胶凝强度高，有足够的悬浮力
和运屑力。
D. 泥浆配方组成：
水
纯碱
膨润土- BORE-GEL?
降失水剂– QUIK-TROL? 悬浮促进剂– NO-SAG?
配
方一
密实
砂或细砂
一立方米水添加剂加入量：
1. 混合45 公斤BORE-GEL（很好地搅拌）
2. 加入2.5 –
3.0 公斤QUIK-RTOL（缓慢加入）
3. 继续搅拌15 – 30分钟
配
方二
松散
砂或粗砂
一立方米水添加剂加入量：
1. 混合45 公斤BORE-GEL（很好地搅拌）
2. 加入2.5 –
3.0 公斤QUIK-RTOL（缓慢加入）
3. 加入2 公斤NO-SAG（缓慢加入）
4. 继续搅拌15 – 30分钟
HDD泥浆配方介绍--卵砾石层
非开挖定向钻技术2009-12-16 18:43:55 阅读16 评论0 字号：大中小
1 HDD用泥浆配方
泥浆配方是要以正确鉴定我们钻进的土壤地层为基础的。只有在了解了土壤地层的特点后，我们才能正确配制出合适的泥浆。比如，若是在沙地和卵砾石层中钻进，就必须要用膨润土泥浆；若是在粘土和
页岩中钻进，我们应该添加聚丙烯酰胺（PHPA）在泥浆中。针对不同的土壤和地层，所用的泥浆原料和
添加剂都是很有讲究的。比如在沙地中，如果有卵石或者砾石层，我们就要考虑是否要添加胶凝强度促进
剂来增加泥浆悬浮能力，促进排屑。如果是在极度干燥或是多孔而易渗水的地层，就需要多加些降失水剂
的聚合物来加强泥壁。
我国的地表土壤分布状况，按地层特点、结构及土壤可简单分为下列几大类：
a.粘土地质
b.砂质地质
c.卵砾石层
下面介绍基本的几种HDD泥浆配置方法（产品为BAROID品牌）。
（3）卵砾石层的泥浆性能要求及组成
A. 卵砾石层的地质特点：完全的黄砂，其中有大量砾石、卵石。
B. 其主要特点：成孔性极差，极易塌、漏浆、沉砂，易造成大区段的井壁坍塌包裹或掩埋钻具或
机具，钻进速度慢，泥浆含砂量大，钻具、机具磨损严重。
C. 泥浆性能要求：高粘度，降低泥浆失水量，形成优质滤饼，防漏防塌，胶凝强度高，具备较好的
悬浮和运屑能力，堵漏效果好。
D. 泥浆配方组成：
水
纯碱
膨润土- QUIK-GEL?
降失水剂- PAC-L?
悬浮促进剂- BARAZAN D?
堵漏材料- N-SEAL?
堵漏材料（备选）- DIAMOND SEAL? 配
方一
砾
石或砂
砾石
一立方米水添加剂加入量：
1. 混合35 – 40 公斤QUIK-GEL（很好地搅拌）
2. 加入2.5 –
3.0 公斤PAC-HV或PAC-LV（缓慢加入）
3. 加入2.5 – 3.0 公斤BARAZAN D（缓慢加入）
4. 加入12-14公斤N-SEAL（1包）
5. 继续搅拌15 – 30分钟
配
方二
大
卵石或
岩石
一立方米水添加剂加入量：
1. 混合45 – 50 公斤（2 - 3包）QUIK-GEL（很好地搅拌）
2. 加入
3.0 公斤PAC-HV或PAC-LV（缓慢加入）
3. 加入3 – 4 公斤BARAZAN D（缓慢加入）
4. 加入25公斤N-SEAL（2包）
5. 继续搅拌15 – 30分钟
6. （备选）加入12公斤DIAMOND SEAL（3桶）
HDD用泥浆配方--粘土地质
非开挖定向钻技术2009-12-16 18:38:36 阅读37 评论0 字号：大中小
泥浆配方是要以正确鉴定我们钻进的土壤地层为基础的。只有在了解了土壤地层的特点后，我们才能正确配制出合适的泥浆。比如，若是在沙地和卵砾石层中钻进，就必须要用膨润土泥浆；若是在粘土和
页岩中钻进，我们应该添加聚丙烯酰胺（PHPA）在泥浆中。针对不同的土壤和地层，所用的泥浆原料和
添加剂都是很有讲究的。比如在沙地中，如果有卵石或者砾石层，我们就要考虑是否要添加胶凝强度促进
剂来增加泥浆悬浮能力，促进排屑。如果是在极度干燥或是多孔而易渗水的地层，就需要多加些降失水剂
的聚合物来加强泥壁。
我国的地表土壤分布状况，按地层特点、结构及土壤可简单分为下列几大类：
a.粘土地质
b.砂质地质
c.卵砾石层
下面介绍基本的几种HDD泥浆配置方法（产品为BAROID品牌）。
（1）粘土地质的泥浆性能要求及组成
A. 粘土地质的地质特点：粗土、地质结构松散，砂、冲积砂土层、种植土、回填土等、粉砂土及淤泥。细土地质
构造较硬，吸水教强，其中黄色泥岩、褐色泥岩最具有代表性。
B. 其主要特点：成孔性好，可钻性好，钻具在土中旋转推进、造斜和出土都能比较好的成孔，不易坍塌，
是相对比较适合穿越的地层。但是粘土遇水容易膨胀并使钻头粘结和卡钻，增大扭矩，甚至堵
塞钻头水眼憋泵的现象。
C. 泥浆性能要求：中低粘度，增强泥浆流变性，抑制粘土反应，提高润滑性，减少泥饼圈和钻头包泥现象。
D. 泥浆配方组成：
水
纯碱
膨润土- BORE-GEL?
孔壁稳定剂– EZ-MUD?
表面活性剂- PENTROL? 配
方一
低塑
性粘土
一立方米水添加剂加入量：
1. 混合45 公斤BORE-GEL（很好地搅拌）
2. 继续搅拌15 – 30分钟
配
方二
高塑
性粘土
一立方米水添加剂加入量：
1. 混合45 公斤BORE-GEL（很好地搅拌）
2. 加入1升EZ-MUD（缓慢加入）
3. 加入3.8升PENETROL（缓慢加入）
4. 继续搅拌15 – 30分钟
配
方三
高塑
性粘土
一立方米水添加剂加入量：
1. 混合0.9 公斤POLYBORE（很好地搅拌）
2. 加入
3.8升PENETROL（缓慢加入）
3. 继续搅拌15 – 30分钟
理想HDD泥浆应具备的特性和HDD专用泥浆的组成非开挖定向钻技术2009-12-16 18:47:02 阅读18 评论0 字号：大中小
1 理想的HDD用泥浆应具备的特性
理想的HDD用泥浆应具备下列特性：
（1）粘度适中
（2）胶凝强度高
（3）泥浆密度（比重）低
（4）滤失量低，滤饼薄且坚韧、光滑
（5）含砂量低
（6）摩擦系数低，润滑性能好
（7）剪切稀释性好
下面就以上特性，详细说明为何这些特性是理想HDD用泥浆需要具备的特性。
（1）粘度适中
水平定向钻中粘度的测量具有重要的意义，其重要性比在竖井钻进中要大。但是在水平定向钻中，并不是粘度越高越好，粘度要适中。与胶凝强度及滤失性相比，后两者要更为重要。由于粘度就是流体的流动阻力，所以在水平钻定向钻中粘度的重要意义就是保持一定的钻液的流动性。粘度太高容易导致以下
几点：-
①会降低泥浆泵的效率（粘度愈高，需要愈高压力的泵才能保持泥浆的循环流动。）
②过浓的泥浆流动性差，会造成钻孔内压力过高
③导致路面破裂或隆起，导致泥浆流失到路面而造成环境污染和交通不便。
④因特殊阻塞造成钻杆卡弹
⑤减低钻掘速度
基于上述原因，我们首先要考虑胶凝强度、凝胶生成量以及滤失控制，而不是单凭添加膨润土来增加粘度。这样做的目标就是让设计出来的泥浆流体看起来“很瘦”（不浓），可工作起来“很肥”（运屑能力
很强）。
（2）胶凝强度
理想的HDD用泥浆必须具备碎屑的支撑、悬浮和运载能力。当泥浆相对于钻孔地层处于静态时，必须保持要足够的胶凝强度来悬浮被钻下来的固体钻屑，而且要在这些固体碎屑从钻孔中排出来时，还要保持其悬浮状态。最终形成的泥浆（钻液和固体钻屑）的功能就好像一条输送带来运走固体碎屑，从而为待装管线留出足够的空间。如果泥浆不能悬浮钻屑，钻屑就会快速沉淀并在水平年井的底部，导致在拉管线
时，尤其是大口径的管线，就无法拉过去而被卡住。
在粗粒土壤（如果砂土、砾石、鹅卵石）中胶凝强度尤其重要，而在粘土和页岩层中，尤其是使用
大口径回扩头时也具有重要意义，因为大口径回扩头往往会产生很多碎屑。
如果只用淡水来钻，由于淡水根本不具备胶凝强度或者凝胶生成量，因此绝对是不适合用作水平定
向钻泥浆。
（3）泥浆密度低
泥浆（也包括钻进后来自地层的活性固体或者惰性固体与先前配置的泥浆的混合物）密度高，会对泥浆整个钻进提供造成非常不利的影响，不但可能会阻塞钻液干流，而且有可能造成泵体过度磨损。一旦
发现泥浆密度过高，必须采取下列措施来降低。
①赶紧想办法来去除泥浆中的钻屑固体来减低泥浆的密度
②降低钻进速度
③如果时间允许的话，废弃当前泥浆，重新配置新的。
（4）滤失量低/滤饼质量高
优质的泥浆滤失量低，形成的滤饼又薄又光滑、坚韧并强度较高。泥浆滤失量越高，滤饼越柔软并且越厚。滤饼厚度增加会减小钻孔内部的环行空隙，钻液和碎屑在这个更窄的通道中输送时，要求的压力
更大。
在粘土地层中，因为粘土容易遇水反应并膨胀，此时滤失量控制的非常重要。但是要达到较低的滤失量，质量优异的滤饼必不可少。在沙层中，优质的滤饼更具有极其重要的意义。因为如果大量滤液渗入地层会降低地层强度，甚至可能使地层坍塌。此时滤饼作为钻液的一种密封剂或者稳定剂保持钻孔的稳定
性。
滤饼最佳厚度应该介于1/32”(0.79MM)至3/32”(2.375MM)之间。
如果单用清水钻进，钻进过程中根本无法很好控制滤失量和形成优质滤饼，最终会为承包商带来无数的问题，如卡钻、坍塌，甚至会导致整个工程失败。
（5）含砂量低
含砂量也是判断一个泥浆是否优良的重要标准。好的泥浆含砂量可控制在2% 至3%以内。含砂量高对环流系统的效率存在不利影响，并会缩短泵送设备、泥浆马达等装置的寿命，也会降低钻液的效率。
（6）磨擦系数低，润滑性能好
在水平定向钻施工过程中，如果泥浆摩擦系数低，润滑性能好，则会降低管道与土壤之间的摩擦阻
力，从而有助于管道的安装。
（7）剪切稀释性好
钻液的粘度随减切率的增加而降低。优质的泥浆，剪切稀释性好，使钻液在静止时成胶状（半固体
状态）；而流动时则呈液状。
2 HDD专用泥浆的组成
（1）配制泥浆用的水
①水
水是最便宜的钻井材料，也是最重要的材料之一。如果先把水处理好，可以省下很多的钻井材料费