第一章緒論1.1研究背景大連—沈陽(yáng)天然氣管道工程營(yíng)口—沈陽(yáng)段渾河定向鉆穿越工程（DE001-DE002）失敗，其原因有兩個(gè)：1.泥包鉆頭、鉆具，拖不動(dòng)管道；2.孔壁失穩(wěn)，導(dǎo)致出土點(diǎn)的大壩坍塌。地質(zhì)勘探時(shí)未發(fā)現(xiàn)卵礫石地層以及未重視鉆孔軌跡穿越的粘土層，導(dǎo)致工程失敗?；谝陨铣霈F(xiàn)的復(fù)雜地層問(wèn)題，提出在鉆井液中添加植物膠、表面活性劑等材料，研究出一套能適用于卵礫石復(fù)合砂土、復(fù)合粘土地層的鉆井液配方，這也為今后水平定向鉆進(jìn)穿過(guò)類似復(fù)雜地層，從泥漿技術(shù)方面提供參考。圖SEQ圖\*ARABIC1.1渾河工程整體示意圖圖1.2穿越過(guò)程中的粘土（左一）、礫石（右二）、卵石（右一）1.2膨潤(rùn)土檢測(cè)依據(jù)《膨潤(rùn)土》（GB/T20973-2007）中的要求，復(fù)合膨潤(rùn)土（70Kg/m3）的各項(xiàng)指標(biāo)要求為：粘度≥30（600r/min），屈服值/塑性粘度≤6；濾失量≤16ml?，F(xiàn)用現(xiàn)場(chǎng)的膨潤(rùn)土進(jìn)行測(cè)試，觀察是否達(dá)標(biāo)。經(jīng)測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)膨潤(rùn)土性能如下：表1.1現(xiàn)場(chǎng)膨潤(rùn)土實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)序號(hào)材料六速（r/min）濾失量（ML）600300200100631現(xiàn)場(chǎng)的膨潤(rùn)土85321019.2塑性粘度（PV）=θ600-θ300=6-3=3mpa.s，屈服強(qiáng)度YP=0.4788×（∮300－PV）=0.96觀察測(cè)量結(jié)果可知，現(xiàn)場(chǎng)膨潤(rùn)土的粘度以及濾失量不達(dá)標(biāo)，渾河工程失敗可能也有該方面的原因。1.3論文選題的目的和意義卵礫石地層在我國(guó)廣泛分布，由于其埋藏深度相對(duì)較淺，是工程建設(shè)以及地質(zhì)領(lǐng)域較為常見的一種復(fù)雜地層。當(dāng)卵礫石復(fù)合砂土、粘土?xí)r，除了因卵礫石層的承載力過(guò)小易造成孔壁垮塌外，粘土易附著在鉆頭、鉆桿上，造成泥包鉆頭、鉆桿，以至于拖不動(dòng)管、打不動(dòng)鉆?，F(xiàn)在渾河工程失敗的基礎(chǔ)上，嘗試在泥漿方面研究出一種配方，具有一定的密度、粘度、濾失量等，能“托起”卵礫石層，同時(shí)具有一定的潤(rùn)滑能力、抑制水敏能力、堵漏能力、解泥包能力。1.4國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.4.1卵礫石層泥漿國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀王勝[1]在KL植物膠內(nèi)加入無(wú)機(jī)處理劑（如堿），使植物膠溶液中各分子更好地水化分散，膠粒變得更加致密，流變性能得到進(jìn)一步改善。KL植物膠泥漿具有良好漏斗粘度、濾失量、粘彈性，還可實(shí)現(xiàn)自然降解，對(duì)人畜無(wú)害。田國(guó)慶[2]發(fā)明一種復(fù)合化學(xué)泥漿材料，可替代膨潤(rùn)土制漿，成本低，失水率極低，具有良好的剪切稀釋性。通過(guò)在水中加入，田菁膠、預(yù)糊化淀粉、黃原膠、硼砂等，使泥漿具有一定的粘度、切力以及濾失量，能滿足施工要求。王興龍、李錫、楊家亮[3]等在復(fù)雜地層中使用PW植物膠進(jìn)行施工，當(dāng)PW植物膠的加量為0.2%，粘土粉的加量為2%至3%時(shí)泥漿性能最好，當(dāng)超過(guò)此用量時(shí)，粘度大幅上升，成本增加，失水量下降接近于零；利用此特性可配制凍膠狀泥漿對(duì)中小裂隙鉆孔進(jìn)行堵漏。李建軍、陳保國(guó)[4]將泥漿按照植物膠低固相鉆井液的配比進(jìn)行配制，使其具備攜帶巖屑、清潔孔底、冷卻鉆頭、潤(rùn)滑鉆具、保護(hù)巖心、潤(rùn)滑鉆具、減小振動(dòng)以及優(yōu)越的減阻效應(yīng)等特點(diǎn)，可以滿足深孔鉆進(jìn)的要求。其中，植物膠低固相鉆井液的配制是在生產(chǎn)廠家的建議配比的基礎(chǔ)上，將SH植物膠粉和鈉土的比例做了小幅度調(diào)整配制而成的。張新明、雷昕[5]等通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定了正電膠泥漿體系配方，具有動(dòng)塑比高、剪切稀釋性好、觸變；性強(qiáng)、失水量小、護(hù)壁性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于卵礫石地層穿越施工。在正電膠鉆井液中，正電膠粒子與粘土負(fù)電膠粒子依靠靜電作用形成空間連續(xù)結(jié)構(gòu)，因而可以穩(wěn)定鉆井液，同時(shí)可吸附在鉆屑和井壁上，具有降低鉆屑分散和穩(wěn)定井壁的作用，實(shí)現(xiàn)鉆井液穩(wěn)定工作與抑制鉆屑分散、保護(hù)井壁穩(wěn)定工作的統(tǒng)一，此外，正電膠鉆井液具有極強(qiáng)的剪切稀釋性，這對(duì)維持井壁穩(wěn)定有利。1.4.2潤(rùn)滑鉆井液國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀夏小春[6]將容易發(fā)生生物降解、無(wú)毒的植物油脂作為內(nèi)相，低凝固點(diǎn)多元醇水溶液作為外相，與復(fù)合乳化劑聚氧乙烯失水山梨醇單油酸酯或者失水山梨醇三油酸酯進(jìn)行復(fù)配，成功研制出了綠色潤(rùn)滑劑GreenLube，且潤(rùn)滑效果較好。郝宗香[7]通過(guò)考控制滑材料分子烴鏈長(zhǎng)度、吸附性能和基礎(chǔ)油的熒光性，將改性植物油與多烴基胺合成，獲得了低熒光綠色環(huán)保潤(rùn)滑材料RY-838。RY-838具有分散穩(wěn)定性優(yōu)點(diǎn)，在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)靜置時(shí)間（4個(gè)月）或經(jīng)過(guò)高溫?zé)釢L（160℃）、低溫冷凍（-20℃）處理后，依然能保持很好的潤(rùn)滑性能。李廣環(huán)[8]則以廢棄動(dòng)植物油脂為基礎(chǔ)材料，動(dòng)植物油脂有熱穩(wěn)定性、凝固點(diǎn)高、潤(rùn)滑性不高的劣勢(shì)，所以通過(guò)甲基苯磺酸、乙醇胺和雙氧水原料對(duì)動(dòng)植物進(jìn)行改性，順利的研制出棕褐色綠色環(huán)保潤(rùn)滑材料BZ-BL。分別在鹽水基漿和飽和鹽水基漿加入0.5%該潤(rùn)滑劑，其潤(rùn)滑系數(shù)降低率分別為76.9%和67.4%。胡進(jìn)軍[9]等通過(guò)乳化方法將多元醇乳化劑和植物油脂進(jìn)行復(fù)配，成功制得綠色環(huán)保乳化劑GL。在極限壓力條件下，極壓潤(rùn)滑劑可與鉆具表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在相互接觸的表面形成一層穩(wěn)定的潤(rùn)滑膜，可以很大程度的減小接觸面間的摩擦力，此類潤(rùn)滑劑在高側(cè)壓力情況下減小水平鉆具與孔壁之間的摩擦更有效果。[10-11]王琳[12]等制備出的含有不飽和雙鍵的大分子酯，其是由含雙鍵的長(zhǎng)鏈脂肪酸與多元醇合成的。在此基礎(chǔ)上經(jīng)化學(xué)反應(yīng)對(duì)大分子鏈進(jìn)行改性，通過(guò)添加極壓抗摩能力的化學(xué)元素、復(fù)合乳化劑、起泡劑等材料，成功研制出極壓潤(rùn)滑劑SMJH-1，其特別適用于深棕紅色高密度鉆井液中。極壓潤(rùn)滑劑SMJH-1通過(guò)化學(xué)物理牢固的吸附在鉆具表面，能在金屬表面形成固態(tài)膜。既提高了鉆具表面的憎水性又減小摩阻力。王偉吉[13]為了改善常規(guī)潤(rùn)滑劑抗高溫和有毒性等問(wèn)題，通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑KH570材料對(duì)納米SiO2表面改性，再與表面活性劑S1、菜籽油和潤(rùn)滑劑進(jìn)行復(fù)配，合成出了淡黃色粘稠透明的納米潤(rùn)滑劑SD-NR。將1%SD-NR潤(rùn)滑劑分別加入鈉土基漿、聚合物泥漿和聚磺泥漿中，都可以提高泥漿的潤(rùn)滑性能，潤(rùn)滑系數(shù)降低率有的可達(dá)85%，而且與鉆井液的配伍性良好，不影響泥漿基本性能。楊芳[14]從納米碳球著手，研究泥漿潤(rùn)滑劑。通過(guò)苯二酚甲醛聚合物和葡萄糖合成出兩種納米潤(rùn)滑劑。選擇粒徑在500nm上下的間苯二酚-甲醛聚合物納米潤(rùn)滑劑，葡萄糖納米碳球潤(rùn)滑材料粒徑在700~900nm范圍，并用掃面電鏡觀察兩種潤(rùn)滑劑，其表面都呈圓球形狀且表面光滑。兩種納米潤(rùn)滑劑都具有抵抗高溫的特點(diǎn)。將0.5%納米潤(rùn)滑劑添加入泥漿中進(jìn)行180℃熱滾實(shí)驗(yàn)，其潤(rùn)滑效率降低率分別降低了22.8%、25.2%。并且測(cè)試與泥漿配伍性研究，發(fā)現(xiàn)兩種納米潤(rùn)滑劑會(huì)對(duì)鉆井液的流變性產(chǎn)生一定影響。劉芳[15]研發(fā)的液體潤(rùn)滑劑LRH能有效降低鉆井液的摩阻系數(shù)，在減輕鉆機(jī)負(fù)荷，提高鉆速，以及維護(hù)正常的起下鉆和完井作業(yè)等方面有良好效果。而且液體潤(rùn)滑劑LRH與水基鉆井液配伍性很好，可滿足不同井型對(duì)鉆井液潤(rùn)滑性的需要。鉆井液用液體潤(rùn)滑劑是一種重要的鉆井液化學(xué)處理劑，其能夠有效改善鉆井液潤(rùn)滑性，可以減輕鉆具和孔壁間的摩擦，從而降低旋轉(zhuǎn)扭矩和附加拉力，避免卡鉆等井下復(fù)雜事故的發(fā)生。液體潤(rùn)滑劑LRH以礦物油為主要原料合成，室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，該潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑效果顯著，且具有良好的抗鹽抗鈣和抗高溫能力。

1.4.3解泥包鉆井液國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀楊宇平[16]提出在鉆井液中添加表面活性劑來(lái)改變泥漿潤(rùn)濕性來(lái)評(píng)價(jià)鉆具泥包的新方法，這種方法對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)泥漿性能設(shè)計(jì)及鉆井施工提高工作效率起到重要作用。于建峰[17]從泥漿鉆屑和鉆頭的帶電性來(lái)分析和思考認(rèn)為：從靜電理論得出異性電荷相吸原理，被鉆具切削下來(lái)的鉆屑，其中主要成分為礦物質(zhì)，經(jīng)過(guò)一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間復(fù)雜的地質(zhì)作用，鉆屑本身顯負(fù)電性；而鉆頭表面通常為金屬制成，顯正電性。正負(fù)電荷輕易就能在鉆具表面形成電荷效應(yīng)，在鉆具表面很容易吸附鉆屑中的大顆粒，并形成粘附，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間黏附累積就會(huì)形成泥包。劉佑云[18]認(rèn)為流動(dòng)的不規(guī)則性和鉆屑的形狀尺寸是鉆頭泥包產(chǎn)生的很直接的原因。鉆頭的切削過(guò)程會(huì)發(fā)生在刀刃前的一個(gè)很狹小的空閑內(nèi)，而在切削的過(guò)程當(dāng)中，巖石會(huì)受到很大的壓力和剪切力的作用，巖石達(dá)到自己的抗拉強(qiáng)度的時(shí)候，巖石中產(chǎn)生張開的微裂紋，巖石的空隙體積會(huì)增加，導(dǎo)致了液體進(jìn)入底層巖石，而這個(gè)結(jié)果會(huì)使鉆頭刀刃一側(cè)的液體表面壓力降低，從而會(huì)讓鉆頭表面的巖屑受到內(nèi)外壓力差的作用。這種壓力差會(huì)使巖屑?jí)喝脬@頭的表面不規(guī)則的地方，因此產(chǎn)生泥包問(wèn)題。L.enstra和J.J.MVanleeuven[19]通過(guò)微觀角度分析鉆頭泥包原因，認(rèn)為鉆井液的流速、鉆井壓力對(duì)形成泥包有很大影響。他透過(guò)鉆井液噴射過(guò)程和鉆頭清潔的視角分析得出：在鉆壓較小的情況下，鉆頭和鉆屑的接觸壓力較小，所以摩擦力也較小，鉆屑很容易被鉆井液攜帶而走，從而不會(huì)造成泥包現(xiàn)象。而在鉆壓較大時(shí)，接觸應(yīng)力大，鉆頭和鉆屑間的摩擦力增大，致使鉆屑不能被鉆井液順利帶走，滯留的鉆屑吸附在鉆具和孔壁表面。如果鉆具前鉆井液的流速較大，則從水眼噴出的鉆井液有足夠的動(dòng)力將包裹在鉆具表面的鉆屑清洗掉，這樣也就很難產(chǎn)生泥包。L.W.Ledgerwood和D.P.Salisbury[20]從鉆井液的角度出發(fā)和分析得出：粘土中陽(yáng)離子的類型是影響泥包產(chǎn)生的關(guān)鍵因素，特別是鈣離子。泥包現(xiàn)象與鈣離子濃度有很大的關(guān)系，鈣離子數(shù)量越多就越容易形成泥包。泥包的形成與陽(yáng)離子的交換能力和粘土中的含水量沒(méi)有直接的聯(lián)系。粘土具有致密的結(jié)構(gòu)和釋水性粘土不一定就會(huì)形成泥包。1.4.4抑制水敏鉆井液國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀雷昕，樓岱瑩，周明明[21]在鉆井液體系中加入有機(jī)陽(yáng)離子和甲酸鉀，能夠顯著的降低膨漲率和提高滾動(dòng)回收率，說(shuō)明其能有效的抑制水敏膨脹。在鉆井過(guò)程中有利于維持井壁穩(wěn)定性，對(duì)油氣儲(chǔ)層保護(hù)也有良好的效果。用甲酸鉀替代氯化鉀，可以減少加量，而且不會(huì)影響鉆井液的穩(wěn)定性。該鉆井液體系中的MA比起其他的表面活性劑可以更有效的降低鉆井液的表面張力，有效的緩解了水鎖反應(yīng)，有利于油氣層保護(hù)。的加入，可以減緩腐蝕速率，延長(zhǎng)了鉆具和套管的使用壽命。該鉆井液體系性能穩(wěn)定，各項(xiàng)性能均能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的需要。江瑞晶[22]針對(duì)張店油田泥頁(yè)巖、伊蒙混層含量高，泥巖易水化分散和膨脹，頁(yè)巖層理發(fā)育，水敏性強(qiáng)，鉆井過(guò)程中易出現(xiàn)井壁失穩(wěn)、鉆頭泥包等問(wèn)題，開發(fā)了一種NH型強(qiáng)抑制性聚胺鉆井液體系，同時(shí)進(jìn)行了聚胺鉆井液體系的室內(nèi)研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。在聚胺鉆井液體系中加入了NH－2聚胺抑制劑，鉆井液在抑制、防塌封堵方面的性能得到了很大改進(jìn)。聚胺鉆井液體系的應(yīng)用極大提高了鉆井速率，降低了鉆井成本，保障了鉆井安全。付世豪，許明標(biāo)，桑文鏡[23]等研發(fā)出一種抗高溫抗污染的強(qiáng)抑制性水基鉆井液體系。在鉆井液中加入胺類頁(yè)巖抑制劑UHIB-B和硅酸鹽抑制劑Y1，兩者協(xié)同提高鉆井液的水敏抑制性能，并保持著良好的流變性能。胺類頁(yè)巖抑制劑和硅酸鈉抑制劑的抑制效果突出并且有良好的協(xié)同作用，并在一定程度上，提高了鉆井液的黏度穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。研究出的強(qiáng)抑制性水基鉆井液具有良好的流變性能、抗污染能力以及潤(rùn)滑性。趙虎，司西強(qiáng)，雷祖猛[24]等對(duì)糖苷分子結(jié)構(gòu)中的醇羥基、甲氧基、糖環(huán)等改性，使其的抑制性和抗溫性能得以加強(qiáng)，較為成功案例的有醇羥基改性產(chǎn)品:陽(yáng)離子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷，達(dá)到了低加量、強(qiáng)抑制的目標(biāo)，在頁(yè)巖等水敏強(qiáng)的地層應(yīng)用較為廣泛。將烷基糖苷引入無(wú)機(jī)鹽類鉆井液，使鉆井液的流變性和濾失量等性能得以改善，在泥巖、頁(yè)巖和火山巖等水敏地層中使用時(shí)的穩(wěn)定性增強(qiáng)。王廣財(cái)，雍富華，曹元平等[25]開發(fā)的油基泡沫鉆井液可解決強(qiáng)水敏地層的井壁穩(wěn)定，油基泡沫鉆井液技術(shù)以油相抑制頁(yè)巖水化膨脹、地層造漿，防止儲(chǔ)層發(fā)生水敏而傷害儲(chǔ)層，以泡沫降低鉆井液密度，封堵防漏，以微泡沫為連續(xù)相實(shí)現(xiàn)泵送。馬超，趙林，宋元森[26]優(yōu)選出了具有強(qiáng)抑制性的聚鋁胺鹽防塌鉆井液配方，強(qiáng)水敏泥巖在聚鋁胺鹽防塌鉆井液中的一次回收率為75%、膨脹率為17.4%。聚胺鹽抑制劑在水解過(guò)程中產(chǎn)生陽(yáng)離子，與黏土形成靜電吸附，從而抑制黏土的水化分散，且高濃度的胺基基團(tuán)能保證有機(jī)游離胺吸附在黏土表面抑制其水化分散，其弱堿性及弱離解性還能使聚胺的作用濃度一直處于平衡狀態(tài)，持續(xù)與地層孔隙表面黏土中最活躍、易水化的基團(tuán)作用。Emmanueludofiaakpan[27]考察了赤索貝酸鈉、甲酸鉀和聚乙二醇對(duì)高性能水基鉆井液配方的有效性。高性能的水基鉆井液是環(huán)保的，在高溫下保持穩(wěn)定，并能延緩與活性頁(yè)巖有關(guān)的問(wèn)題。淡水中老化的頁(yè)巖破碎分散，相比之下，使用添加劑包配方的鉆井液中老化的頁(yè)巖幾乎保持不變，這表明該工作中使用的添加劑阻止了頁(yè)巖與流體的相互作用。在頁(yè)巖分散試驗(yàn)中，抑制液方中頁(yè)巖巖屑的回收率為100%，說(shuō)明使用的添加劑可以非常有效地抑制頁(yè)巖分散。RajatJain[28]采用自由基聚合技術(shù)合成了羧甲基接枝聚丙烯酰胺共聚物，以該接枝共聚物為鉆井液添加劑，合成的接枝共聚物對(duì)抑制性鉆井液體系的流變學(xué)和過(guò)濾性能有顯著影響。具有較高的頁(yè)巖采收率。因此，合成的接枝共聚物的抑制性鉆井液體系可用于水敏頁(yè)巖地層的鉆井。FanLiu[29]研究了一種二維納米材料(Laponite)作為水基鉆井液的多功能添加劑，用于流變控制、納米裂縫堵塞和減少鉆桿卡鉆。Laponite堵塞在納米孔隙中，阻止了游離水滲透到納米裂縫中，降低了頁(yè)巖在水中的膨脹，大大提高流變性和納米裂縫堵塞性能和濾餅質(zhì)量。1.5非開挖1.5.1非開挖的概念非開挖是指利用各種巖土鉆掘設(shè)備和技術(shù)手段，通過(guò)導(dǎo)向、定向鉆進(jìn)等方式在地表極小部分開挖的情況下（一般指入口和出口小面積開挖），敷設(shè)、更換和修復(fù)各種地下管線的施工新技術(shù)，不會(huì)阻礙交通，不會(huì)破壞環(huán)境，不會(huì)影響超市，醫(yī)療機(jī)構(gòu)，學(xué)校和居民的生活和工作，解決了傳統(tǒng)開挖施工對(duì)居民生活的干擾問(wèn)題，此外，對(duì)交通，環(huán)境，周邊建筑物基礎(chǔ)的破壞和不良影響很小，降低了開挖造成的經(jīng)濟(jì)損失，因此具有較高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效果。圖1.3不便施工的市區(qū)圖1.4在市區(qū)進(jìn)行非開挖施工1.5.2非開挖技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1）不影響交通；圖1.5在少開挖的情況下在人行道上施工2）不破壞環(huán)境；圖1.6非開挖鉆機(jī)施工3）施工周期短，相應(yīng)的施工機(jī)械能縮短施工周期；圖1.7大型盾構(gòu)機(jī)4）綜合施工成本低，有時(shí)僅需一臺(tái)鋪管機(jī)就可施工；圖1.8ZT-30非開挖鉆機(jī)5）社會(huì)效益顯著，對(duì)居民生活影響小。圖1.9開挖面積極小1.6非開挖技術(shù)對(duì)泥漿的特殊要求非開挖技術(shù)因?yàn)槠涫┕さ攸c(diǎn)的緣故，所穿越地層大多為粘土、粉土、沙土、等軟弱地層，因此對(duì)泥漿有著許多特殊的要求：（1）良好的流變性，保證有較強(qiáng)的攜帶巖屑的能力；在非開挖施工中，泥漿最主要的作用就是攜帶鉆進(jìn)過(guò)程中的巖屑，以維持孔內(nèi)清潔，因?yàn)榉情_挖施工中多為水平孔，因此要求泥漿有較強(qiáng)的攜帶巖屑的能力，防止鉆孔過(guò)程中巖屑沉積在鉆孔中形成鉆屑床，造成卡鉆及擴(kuò)孔回拖困難等孔內(nèi)事故。（2）泥漿有較低的摩擦系數(shù)，良好的潤(rùn)滑性能；非開挖施工中泥漿的潤(rùn)滑性能至關(guān)重要，比如頂管中，提高泥漿的潤(rùn)滑性能，可以成倍的增加頂管長(zhǎng)度、提高施工效率、縮短施工時(shí)間；在定向鉆施工中，可以降低回拖力，增加回拖距離，降低成本。（3）有較強(qiáng)的護(hù)壁作用，能夠在孔壁上形成薄且致密的泥皮，維持孔壁穩(wěn)定，防止泥漿滲漏。非開挖施工中，泥漿的另一重要作用就是，在孔壁形成一定力學(xué)強(qiáng)度的泥皮，維護(hù)孔壁穩(wěn)定，防止泥漿漏失，尤其在一些松散地層和易坍塌地層。1.7研究思路1.7.1研究?jī)?nèi)容根據(jù)本論文的研究目標(biāo)，具體研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：1）通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，研究卵礫石復(fù)合砂土、復(fù)合粘土地層鉆井液，對(duì)水平定向鉆進(jìn)鉆孔防塌提出有效改善措施。2）鉆具、鉆頭泥包是制約掘進(jìn)效率的一大因素，因此要對(duì)水平定向鉆進(jìn)時(shí)結(jié)泥餅的機(jī)理、規(guī)律進(jìn)行研究，同時(shí)還要對(duì)泥包問(wèn)題提出改善配方。3）對(duì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)（密度、粘度、濾失量、膨脹量等）進(jìn)行分析，探究?jī)?yōu)選出的材料與泥漿配伍性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出一套能適應(yīng)卵礫石復(fù)合砂土、復(fù)合粘土地層的復(fù)合泥漿配方。4）由于穿越地層中的未風(fēng)化卵石硬度大，鉆具承受的拉力和扭矩較大，良好的潤(rùn)滑性能夠有效減小鉆具的扭矩、磨損和疲勞，延長(zhǎng)鉆頭軸承壽命，同時(shí)減小鉆柱的摩擦阻力，縮短起下鉆時(shí)間，減小施工動(dòng)力；5）抑制膠結(jié)物水敏膨脹。卵礫石顆粒間充填物膠結(jié)強(qiáng)度低，且膠結(jié)物常為水敏性粘土物質(zhì)，遇水極易膨脹造成地層垮塌，破壞地層的原始平衡，加劇了地層的不穩(wěn)定性。需要泥漿具有一定的抑制性。1.7.2擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題將要解決的關(guān)鍵問(wèn)題有以下三個(gè)方面：1）針對(duì)渾河定向鉆穿越工程失敗案例，提出減少卵礫石復(fù)合砂土、復(fù)合粘土地層解泥包的復(fù)合泥漿配方及體系；2）在鉆井液中加入含量0.1%-0.5%表面活性劑，通過(guò)潤(rùn)濕角，表面張力，黏附聚集實(shí)驗(yàn)來(lái)改變鉆井液潤(rùn)濕防止鉆頭泥包并泥包的程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。3）針對(duì)卵礫石層的孔壁穩(wěn)定性，水平定向鉆泥漿應(yīng)具有一定的粘度能防止泥漿中的卵石、粘土、砂顆粒在發(fā)生沉積，保持開挖面的穩(wěn)定，還能以流體的形式把掘削下來(lái)的渣土鉆屑運(yùn)出。通過(guò)六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，蘇式漏斗，測(cè)定非開挖泥漿的粘度，通過(guò)配方調(diào)節(jié)加入高分子聚合物等，使非開挖泥漿粘度保持在一個(gè)合適的范圍值內(nèi)；4）在壓力差情況下，泥漿中的細(xì)顆粒成分應(yīng)能填充地層間隙，在卵礫石地層孔壁上形成致密的泥膜，降低泥漿漏失量，維持孔壁的穩(wěn)定性；5）卵礫石地層的膠結(jié)物多為水敏性黏土礦物，泥漿抑制性差時(shí)，膠結(jié)物遇水膨脹，破壞卵礫石地層穩(wěn)定性，導(dǎo)致孔壁失穩(wěn)。泥漿中添加適量的水敏性抑制材料，使泥漿具有一定的水敏抑制性。最大限度的降低卵礫石地層中水敏性黏土膠結(jié)物的水化膨脹。6）泥漿中添加適量的水敏性抑制材料，控制黏土礦物的水化膨脹，降低泥包鉆具現(xiàn)象發(fā)生概率。7）表面活性劑能改善膨潤(rùn)土界面性質(zhì)，可以明顯改善膨潤(rùn)土的吸附性能，使膨潤(rùn)土泥漿具有更好的分散效果。1.7.3研究方法測(cè)試泥漿基本性能，包括漏斗粘度、六速黏度、比重、失水量等一般性能測(cè)試，其測(cè)試方法都要符合API標(biāo)準(zhǔn)；室內(nèi)解泥包實(shí)驗(yàn)。包含表面張力實(shí)驗(yàn)、粘附系數(shù)實(shí)驗(yàn)以及潤(rùn)滑系數(shù)實(shí)驗(yàn)。泥漿潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)。通過(guò)加入乳化劑，使油與泥漿混合均勻，達(dá)到潤(rùn)滑效果。水敏抑制實(shí)驗(yàn)。包含滾動(dòng)回收以及膨脹量實(shí)驗(yàn)。卵礫石地層孔壁穩(wěn)定性2.1卵礫石復(fù)合砂土、復(fù)合粘土地層卵礫石地層在我國(guó)廣泛分布，由于其埋藏深度較淺，是工程建設(shè)領(lǐng)域經(jīng)常遇見的一種復(fù)雜地層。在砂土層、礫石層、卵石層以及松散破碎巖層等被稱為機(jī)械分散地層中進(jìn)行非開挖鉆進(jìn)時(shí)，由于顆粒之間缺乏膠結(jié)，強(qiáng)度較低，鉆進(jìn)時(shí)孔壁易失穩(wěn)坍塌，成孔的難度很大。由于卵礫石地層條件下導(dǎo)向鉆進(jìn)時(shí)孔壁穩(wěn)定性差造成的成孔難度高等原因，提出在傳統(tǒng)的泥漿護(hù)壁技術(shù)無(wú)法滿足要求的前提下，通過(guò)對(duì)非開挖施工中泥漿穩(wěn)定孔壁穩(wěn)定、攜帶巖屑、潤(rùn)滑降低摩擦等功用分析，提出了針對(duì)卵礫石層的非開挖專用泥漿配方，以及在巖層、砂礫層中潤(rùn)滑減阻的泥漿配置方案。對(duì)于極其不穩(wěn)定地層，通過(guò)泥漿方案無(wú)法解決，采用注漿預(yù)處理技術(shù)，達(dá)到提高穩(wěn)定性的目的。對(duì)于巖石顆粒和土顆粒的大小分類標(biāo)準(zhǔn)，各規(guī)范的規(guī)定不同，現(xiàn)采用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）的分類標(biāo)準(zhǔn)。表2.1土的分類名稱定義碎石土粒徑大于2mm的顆粒超過(guò)顆粒全重50%砂土粒徑大于2mm的顆粒不超過(guò)全重50%，而顆粒大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)全重的50%礫石粒徑大于2mm的顆粒超過(guò)全重的50%黏性土塑性指數(shù)大于10其中，碎石土還可細(xì)分：表2.2碎石土分類名稱粒組含量漂石/塊石粒徑大于200mm的顆粒超過(guò)全重的50%卵石/碎石粒徑大于20mm的顆粒超過(guò)全重的50%圓礫/角礫粒徑大于2mm的顆粒超過(guò)全重的50%砂土還可細(xì)分為：表2.3砂土分類名稱粒組含量礫砂粒徑大于2mm的顆粒含量占全重25%~50%粗砂粒徑大于0.5mm的顆粒含量超過(guò)全重50%中砂粒徑大于0.25mm的顆粒含量超過(guò)全重50%細(xì)砂粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)全重的85%粉砂粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)全重的50%2.2卵礫石地層鉆井液2.2.1卵礫石地層泥漿功用針對(duì)卵礫石地層強(qiáng)度大不易破碎、滲透性大，孔壁穩(wěn)定性差不易成孔，泥漿漏失嚴(yán)重的特點(diǎn)，鉆進(jìn)泥漿的主要功用如下：1）懸浮和攜帶鉆屑在鉆進(jìn)過(guò)程懸浮和攜帶巖屑有利于維持孔內(nèi)清潔，以免造成鉆頭的重復(fù)切削、破碎地層，保證鉆頭在孔內(nèi)始終接觸和破碎新地層，提高鉆頭的工作效率，從而提高鉆頭的擴(kuò)孔速度，在鋪管過(guò)程中，保持孔內(nèi)清潔，有利于鋪管順利進(jìn)行。2）潤(rùn)滑和冷卻鉆頭非開挖施工中泥漿的潤(rùn)滑性能至關(guān)重要。比如在頂管施工過(guò)程中，提高泥漿的潤(rùn)滑性能，可以成倍的增加頂管推進(jìn)速度、提高施工效率、縮短施工時(shí)間。在定向鉆進(jìn)施工中，可以減小回拖力，增加相同時(shí)間內(nèi)的回拖距離，降低施工成本。使用潤(rùn)滑減阻型泥漿不僅能提高堅(jiān)硬地層非開挖施工成孔的速度，也是許多地層中顯著減少非開挖鋪管阻力的方法。卵礫石地層由于存在許多圓礫及卵石，在鉆進(jìn)和擴(kuò)孔的過(guò)程中，鉆頭一直在碰撞、切削、擠壓和破碎堅(jiān)硬的卵礫石，產(chǎn)生大量的熱量，同時(shí)鉆具也不斷與孔壁摩擦產(chǎn)生熱量。在回拖鋪管時(shí)，管線和孔壁的摩擦也產(chǎn)生熱量，泥漿可通過(guò)循環(huán)吸收熱量，然后帶到地表，從而起到冷卻鉆頭、鉆具的作用。3）穩(wěn)定孔壁孔壁穩(wěn)定，鉆孔形狀規(guī)則是優(yōu)質(zhì)快速鋪管的重要基礎(chǔ)條件。卵礫石地層的孔壁穩(wěn)定應(yīng)借助于良好的泥漿濾失，泥漿中的自由水進(jìn)入巖層，泥漿中的固相顆粒便附著在孔壁上或滲入地層一定深度，在孔壁上形成一層薄且致密泥皮，以鞏固地層并防止液體滲入地層，減少高壓射流對(duì)卵礫石之間膠結(jié)物土的沖刷作用。4）平衡地層壓力在鉆進(jìn)卵礫石地層過(guò)程中遇到的壓力系統(tǒng)較為復(fù)雜時(shí)，可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)泥漿比重，以建立合適的液柱壓力來(lái)與地層壓力平衡，防止地層塌陷、涌水、漏失、卡鉆等復(fù)雜現(xiàn)象的發(fā)生。5）抑制膠結(jié)物水敏膨脹泥漿循環(huán)時(shí)，對(duì)于一些遇水易膨脹的膠結(jié)物，失水量過(guò)大時(shí)濾液滲入會(huì)破壞地層的原始平衡，加劇地層的失穩(wěn)發(fā)生概率。2.2.2卵礫石地層泥漿性能要求未風(fēng)化的卵石難以破碎，巖屑顆粒直徑大，卵礫石顆粒間充填物膠結(jié)強(qiáng)度低且水敏性一般較強(qiáng)，遇水極易造成孔壁垮塌，因此泥漿需要具備以下性能：1）良好的剪切稀釋性。在鉆頭水眼處剪切速率高，鉆井液變稀，具備較高的流動(dòng)性，能夠有效發(fā)揮鉆頭水力功能，有利于提高破巖效率；在環(huán)形空間內(nèi)剪切速率低，鉆井液稠度變高，能夠懸浮鉆進(jìn)或擴(kuò)孔過(guò)程中產(chǎn)生的大顆粒鉆屑，有利于提高攜帶巖屑的效率以保持孔內(nèi)清潔。2）良好的觸變性。在停泵時(shí)，泥漿切力增大，有助于懸浮鉆屑，避免在鉆孔底部形成巖屑床，影響施工質(zhì)量。3）良好的護(hù)壁性。低失水量和孔壁上形成良好的泥餅?zāi)軌蛴行ПＷo(hù)骨架顆粒間膠結(jié)物，避免孔壁坍塌。4）良好的潤(rùn)滑性。由于穿越的的未風(fēng)化卵石硬度高，鉆具承受的拉力和扭矩較大，良好的潤(rùn)滑性能夠有效降低鉆具的扭矩、磨損和疲勞，延長(zhǎng)鉆頭軸承壽命，同時(shí)減小鉆具與孔壁的摩擦阻力，縮短起下鉆時(shí)間，減小施工強(qiáng)度。2.3孔壁穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)2.3.1實(shí)驗(yàn)方案1）針對(duì)卵礫石層的孔壁穩(wěn)定性，水平定向鉆泥漿應(yīng)具有一定的粘度能防止泥漿中的卵石、粘土、砂顆粒在發(fā)生沉積，保持開挖面的穩(wěn)定，還能以流體的形式把掘削下來(lái)的渣土鉆屑運(yùn)出。通過(guò)六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，蘇式漏斗，測(cè)定非開挖泥漿的粘度，通過(guò)配方調(diào)節(jié)加入高分子聚合物等，使非開挖泥漿粘度保持在一個(gè)合適的范圍值內(nèi)；2）在壓力差情況下，泥漿中的細(xì)顆粒成分應(yīng)能填充地層間隙，在卵礫石地層孔壁上形成致密的泥膜，降低泥漿漏失量，維持孔壁的穩(wěn)定性；3）卵礫石地層的膠結(jié)物多為水敏性黏土礦物，泥漿抑制性差時(shí)，膠結(jié)物遇水膨脹，破壞卵礫石地層穩(wěn)定性，導(dǎo)致孔壁失穩(wěn)。泥漿中添加適量的水敏性抑制材料，使泥漿具有一定的水敏抑制性。最大限度的降低卵礫石地層中水敏性黏土膠結(jié)物的水化膨脹。實(shí)驗(yàn)方案為：通過(guò)加入提粘劑、降濾失劑和水敏抑制劑等，使泥漿粘度大于35S，濾失量小于10ml，膨脹量有所下降。2.3.2實(shí)驗(yàn)處理劑（1）膨潤(rùn)土膨潤(rùn)土是以蒙脫石為主要成分的黏土巖，顆粒極細(xì)，屑膠體微粒，比表面積較大，表面能高。在水中能分散成膠體懸浮液，具有一定的黏滯性、觸變性和潤(rùn)滑性。膨潤(rùn)土能吸附相當(dāng)于本身體積8~15倍的水量，具有良好的膨脹性和吸附性。當(dāng)漿體中的水含量低于膨潤(rùn)土層間水含量時(shí)，膨潤(rùn)土還可釋放水分，調(diào)節(jié)水分平衡，保證漿體水化正常進(jìn)行。蒙脫石特殊的層狀結(jié)構(gòu)及離子置換能力，使膨潤(rùn)土具有優(yōu)異的交換性、膨脹性、粘附性、可塑性。（2）純堿純堿又稱碳酸鈉，白色粉末，易溶于水，水溶液呈堿性。純堿能通過(guò)離子交換和沉淀作用使鈣粘土變?yōu)殁c粘土，從而改善粘土的水化分散性能，因此加入適量的純堿可使新漿的濾失量下降，粘度、切力增大。但過(guò)量的純堿會(huì)導(dǎo)致粘土顆粒發(fā)生聚結(jié)，使鉆井液性能受到破壞。（3）CMC圖2.1CMC結(jié)構(gòu)式羧甲基纖維素（CMC）是由許名葡萄糖單元構(gòu)成的長(zhǎng)鏈狀高分子化合物，屬陰離子型纖維素醚類，外觀為白色或微黃色絮狀纖維粉末或白色粉末，無(wú)臭無(wú)味，無(wú)毒。其作用為增粘以及降濾失。（4）PAC-LV低粘聚丙烯酸鹽聚合物，通過(guò)在高分子鏈節(jié)上引入不同含量的羧基、羧鈉基、羧胺基、酰胺基、腈基、磺酸基和羥基等共聚而成。通過(guò)調(diào)整聚合物分子鏈節(jié)中各基、皮的基數(shù)量、比例、聚合度及分子構(gòu)型，可設(shè)計(jì)、研制出系列處理劑，以滿足降濾失、增粘和降粘等要求。主要起降濾失作用，還有部分增粘功能。（5）植物膠植物膠（包括田菁膠、瓜爾膠、胡麻膠、香豆膠）是我國(guó)新研制開發(fā)的一類天然植物膠，從盛產(chǎn)植物豆中制得，主要成分是半乳甘露聚糖，還有蛋白質(zhì)、\t"/item/%E6%A4%8D%E7%89%A9%E8%83%B6/_blank"纖維素、水分及少量鈣、鎂等無(wú)機(jī)元素。具有增粘作用，另有部分降濾失能力。2.3.3實(shí)驗(yàn)參數(shù)泥漿粘度控制較高的粘度，一方面能夠增大泥漿濾液進(jìn)人裂縫和孔隙的運(yùn)動(dòng)阻力，降低“水力連通作用”，減小或削減毛細(xì)管效應(yīng)。另一方面濾液中的高粘低分子材料能加強(qiáng)對(duì)微縫的堵孔作用，高流阻產(chǎn)生的高壓降，有利于泥餅的壓緊，降低泥餅的滲透率，增強(qiáng)井壁的穩(wěn)定性。泥漿具有適當(dāng)?shù)恼扯饶芊乐鼓酀{中的粘土、砂顆粒在孔內(nèi)發(fā)生沉積，還能防止逸泥現(xiàn)象的發(fā)生，還能把掘削下來(lái)的巖屑運(yùn)出，經(jīng)土、水分離設(shè)備慮除廢渣，得原狀泥漿。從有助于泥膜形成特性方面考慮，泥漿需有一定的粘度，以防發(fā)生逸泥現(xiàn)象，但粘度不能過(guò)大，否則不利于泥漿運(yùn)出鉆屑及地表的土、水分離。因此泥漿的粘度應(yīng)控制在合適范圍。由于卵礫石地層破碎程度很高，孔壁穩(wěn)定需要得到保障。較高的粘度有利于降低濾失量，有助于形成薄而致密的泥餅，增強(qiáng)井壁的穩(wěn)定。同時(shí)，較高的粘度有利于懸浮鉆屑，及時(shí)排渣，減小鉆具與鉆頭的磨損，能降低事故率。但粘度過(guò)高會(huì)對(duì)泵壓需求過(guò)大，且流動(dòng)性變差，因此，粘度初步定于大于35s。圖2.2蘇式漏斗測(cè)量?jī)x器：漏斗粘度計(jì)1、蘇氏漏斗粘度計(jì)測(cè)量方法：將漏斗呈垂直放置，用手握緊并用食指堵住管口。然后用鉆井液量杯兩端，分別裝200ml和500ml泥漿倒入漏斗。將量筒500ml一端朝上放在漏斗下方，放開食指，同時(shí)啟動(dòng)秒表記時(shí)，記錄流滿500ml泥漿所需的時(shí)間，即為所測(cè)泥漿的漏斗粘度。2、馬式漏斗粘度計(jì)(MLN型)測(cè)量方法：將漏斗呈垂直放置，用手握緊并用食指堵住管口。取被測(cè)泥漿試樣經(jīng)濾網(wǎng)倒入漏斗內(nèi)直到泥漿的水平面至達(dá)篩網(wǎng)底面為止（此刻剛好是1500ml）。放開食指，同時(shí)開始計(jì)時(shí)，直到觀察到泥漿助注滿標(biāo)準(zhǔn)946ml量杯刻線時(shí)止，記錄泥漿流出的秒數(shù)，即為所測(cè)量的泥漿粘度。3、六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)（ZNN-D6型）測(cè)量方法：將攪拌好的泥漿倒入樣品杯刻度線處，放置于托盤上，調(diào)節(jié)緊固螺母，使托盤上升，直到液面至外筒刻度線處。擰緊螺母，固定托盤。迅速?gòu)母咚偾袚Q到低速進(jìn)行測(cè)量，待刻度盤讀數(shù)穩(wěn)定后，分別記錄各轉(zhuǎn)速下的讀數(shù)。測(cè)量靜切力時(shí)，先用600r/分?jǐn)嚢?0秒，靜置10秒后調(diào)速于3r/分進(jìn)行攪拌，待讀數(shù)穩(wěn)定時(shí)讀出刻度盤上讀數(shù)，即可計(jì)算初切力（初切=0.511×讀數(shù)）。再用600r/分?jǐn)嚢?0秒，靜置10分鐘后調(diào)速于3r/分進(jìn)行攪拌，待讀數(shù)穩(wěn)定時(shí)讀出刻度盤上讀數(shù)，即可計(jì)算終切力（終切=0.511×讀數(shù)）。某一剪切速率下的表觀粘度為300×讀數(shù)/轉(zhuǎn)速。圖2.3六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)表2.4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)序號(hào)材料六速（r/min）漏斗粘度（s）濾失量（ML）600300200100631基漿632.51.500159.62基漿+0.1%黃原膠854210.5268.83基漿+0.2%黃原膠169.585.51.51327.44基漿+0.3%黃原膠352419.514.575.5516.65基漿+0.1%CMC-LV84.53.5200258.86基漿+0.2%CMC-LV1054.52.500277.47基漿+0.3%CMC-LV11.50288.08基漿+0.1%CMC-HV1611961.51187.69基漿+0.2%CMC-HV2518151186286.210基漿+0.25%CMC-HV3222.518.513.554.5426.011基漿+5%植物膠271915.511.544375.812基漿+0.2%CMC-HV+0.2%PAC-LV35.52519.51343.5484.413基漿+5%植物膠+0.2%PAC-LV3725.5211454384.41）表觀粘度對(duì)比圖2.11表觀粘度對(duì)比曲線從折線圖對(duì)比來(lái)看，表觀粘度較大的有基漿+0.2%黃原膠、基漿+0.3%黃原膠、基漿+0.25%CMC-HV、基漿+0.2%CMC-HV+0.2%PAC-LV、基漿+5%植物膠+0.2%PAC-LV。2）漏斗粘度對(duì)比圖2.12漏斗粘度對(duì)比曲線從折線圖對(duì)比來(lái)看，漏斗粘度大于35S的有基漿+0.3%黃原膠、基漿+0.25%CMC-HV、基漿+0.2%CMC-HV+0.2%PAC-LV、基漿+5%植物膠+0.2%PAC-LV。濾失造壁性及濾失量控制在孔內(nèi)液體壓力差的作用下，鉆井液中的自由水通過(guò)孔壁孔隙或裂隙向地層中滲透，稱為鉆井液的濾失。在鉆井液濾失的同時(shí)，鉆井液中的固相顆粒附著在井壁上形成泥皮（泥餅），稱為造壁。孔中的壓力差是造成鉆井液濾失的動(dòng)力，它是因?yàn)榭字秀@井液的液壓力與地層孔、裂隙中流體的液壓力不平衡造成的。井壁地層的孔隙、裂隙是鉆井液濾失的通道條件，它的大小和密集情況是由地層巖土性質(zhì)客觀決定的。地層中除了較大的裂隙和孔隙外，一般地層的孔、裂隙較小，只允許鉆井液中的自由水通過(guò)，而粘土顆粒周圍的吸附水隨著粘土顆粒及其他固相附著在井壁上構(gòu)成泥皮，不再滲入地層。井壁上形成泥皮后，滲透性減小，減慢鉆井液的繼續(xù)濾失。若鉆井液中的細(xì)粒粘土多而且水化效果好，則形成的泥皮致密而且薄，鉆井液濾失便小。反之，鉆井液中的粗顆粒多且水化效果差，則形成的泥皮疏松而且厚實(shí)，鉆井液的濾失便大。很明顯，泥皮厚度(更嚴(yán)格地說(shuō)應(yīng)是濾余物質(zhì))是隨濾失量增大而增加的。鉆井液循環(huán)時(shí)，如果在井壁上形成的泥餅過(guò)厚，則會(huì)減小孔的有效直徑，使鉆具與井壁的接觸面積增大，從而有可能引起各種問(wèn)題，如旋轉(zhuǎn)時(shí)扭矩增大，功率消耗增加，甚至引起井壁垮塌等事故。因此，鉆進(jìn)卵礫石層這種易坍塌地層時(shí)，為了在孔壁上形成薄而致密的泥餅，增加孔壁的穩(wěn)定性，應(yīng)控制濾失量不大于10mL。測(cè)量?jī)x器：泥漿失水量測(cè)定儀（ZNS-5A型）測(cè)量方法：用手向上托住失水儀鉆井液杯，杯口向上用食指堵住下方氣流小孔，放入濾紙，裝入泥漿至刻度線處，蓋上杯蓋擰好。把泥漿杯放置在支架上并擰緊，對(duì)準(zhǔn)鉆井液出口放好量筒，用打氣筒打氣至壓力指示為0.7MPa，打開氣閥，在流出第一滴泥漿時(shí)開始計(jì)時(shí)，至30min，記錄泥漿內(nèi)液體體積即為濾失量。圖2.4濾失儀濾失量對(duì)比圖2.13濾失量對(duì)比曲線從折線圖對(duì)比來(lái)看，濾失量小于10ML的有基漿+0.2%CMC-HV+0.2%PAC-LV、基漿+5%植物膠+0.2%PAC-LV。膨脹量卵礫石地層的膠結(jié)物多為水敏性黏土礦物，泥漿抑制性差時(shí)，膠結(jié)物遇水膨脹，破壞卵礫石地層穩(wěn)定性，導(dǎo)致孔壁失穩(wěn)。粘土礦物的水化膨脹還會(huì)引起粘土附在鉆頭、鉆具上，造成泥包鉆頭，使扭矩過(guò)大，影響鉆進(jìn)，嚴(yán)重時(shí)甚至打不動(dòng)鉆。因此，需要測(cè)定泥漿對(duì)于巖石膨脹的影響。考慮到泥漿具有一定的濾失量，當(dāng)卵礫石層中膠結(jié)物為水敏性粘土?xí)r，濾液滲入地層會(huì)對(duì)地層穩(wěn)定性產(chǎn)生極大影響，因此在設(shè)計(jì)泥漿配方時(shí)可以考慮加入抑制水敏膨脹的處理劑。測(cè)量?jī)x器：HTP-2A高溫高壓膨脹測(cè)試儀測(cè)量方法①實(shí)驗(yàn)前，把組匯管件安裝到氮?dú)馄可希冒馐謱⒙菝本o固。在調(diào)壓手柄處于自由狀態(tài)未加壓時(shí)，打開氮?dú)馄康臍庠撮y門，此時(shí)管匯中間壓力表應(yīng)顯示壓力數(shù)值應(yīng)為≥5MPa。將兩高壓膠管分別于管匯和三通組件對(duì)應(yīng)部位連接牢固；②用巖樣壓制機(jī)壓制試樣。如果土的粘聚力過(guò)小以致無(wú)法壓制成樣，直接用巖粉進(jìn)行膨脹實(shí)驗(yàn)；③將全套儀器置于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，把傳感器外信號(hào)線一端與主測(cè)試杯上的專用插座連接，另一端插入記錄儀的輸入端內(nèi)；④電源預(yù)先接記錄儀的電源插座，然后接入220V交流電源，按下電源開關(guān)，接通電源，同時(shí)調(diào)整調(diào)零旋鈕，使電信號(hào)在記錄儀零線附近，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對(duì)記錄儀及其他各部件進(jìn)行必要的檢查；⑤加熱套接通電源，將溫度表插入專用表孔內(nèi)(一般要求加溫套本身溫度要高出實(shí)驗(yàn)溫度5~10C)，開始加溫；⑥將壓好的試樣裝入主測(cè)試杯底部杯內(nèi)，均勻?qū)φ龜Q緊6個(gè)固定螺釘，同時(shí)應(yīng)檢查密封圈是否完好，關(guān)閉下蓋上的連通閥桿；⑦測(cè)杯上蓋(連有傳感器)與主測(cè)杯連接(應(yīng)對(duì)正上緊6個(gè)固定螺釘)，注意應(yīng)放入密封圈。旋入連通閥桿并關(guān)閉；⑧用扳手將注液杯與主測(cè)杯間的注液閥順時(shí)針擰緊，然后把試液(約30ml)倒入注液杯內(nèi)，扭緊注液杯上蓋，擰緊其連通閥桿。將移動(dòng)架組件手柄推到底，使測(cè)盤與巖芯接觸靠實(shí)。至此，主測(cè)試杯組裝完畢；⑨把主測(cè)試杯置于加溫套內(nèi)，三通組件與連通閥桿用固定銷連接，關(guān)閉三通組件的放氣閥。將另溫度表插入主測(cè)杯上的孔內(nèi)；⑩調(diào)好氣壓，將注液杯內(nèi)與主測(cè)試杯內(nèi)通入相同的指定壓力。建議加入壓力小于預(yù)設(shè)壓力0.5Mpa，正式做膨脹測(cè)試時(shí)，如果壓力不夠，再加到指定的壓力即可。用扳手將主測(cè)杯與注液杯的上連通閥桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90左右，這時(shí)氣體進(jìn)入主測(cè)杯與注液杯；?打開測(cè)量軟件，清零。松開管匯給主測(cè)試杯供氣的調(diào)壓手柄，按下記錄儀走紙開關(guān)，打開注液閥，再松開主測(cè)試杯的三通放氣閥，注意要慢慢的放氣，越慢越好。數(shù)秒鐘之后，注液杯的液體流入主測(cè)試杯內(nèi)，等到主測(cè)試杯的三通放氣閥有液體溢出或記錄儀有讀數(shù)時(shí)，關(guān)閉主測(cè)試杯上的三通放氣閥，同時(shí)松開給注液杯供氣的管匯調(diào)壓手柄，實(shí)驗(yàn)正式開始；?當(dāng)膨脹曲線基本趨于穩(wěn)定(即膨脹達(dá)到平衡穩(wěn)定)，便可停止實(shí)驗(yàn)。圖2.5膨脹量?jī)x膨脹量：（1）水圖2.6水的膨脹曲線（1）基漿圖2.7基漿的膨脹曲線（3）基漿+0.2%CMC-HV+0.2%PAC-LV圖2.8基漿+0.2%CMC-HV+0.2%PAC-LV的膨脹曲線（4）基漿+0.2%聚丙烯酰胺圖2.9基漿+0.2%聚丙烯酰胺（5）基漿+0.2%CMC-HV+0.2%PAC-LV+0.2%PAC-LV

圖2.10基漿+0.2%CMC-HV+0.2%PAC-LV+0.2%PAC-LV膨脹量對(duì)比圖2.14膨脹量對(duì)比曲線提粘材料選擇為0.2%CMC+0.2%PAC-LV。對(duì)比相同時(shí)間內(nèi)的膨脹量數(shù)值可得，基漿+0.2%CMC+0.2%PAC-LV+0.1%聚丙烯酰胺在相同時(shí)間內(nèi)的膨脹量最小。2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2.4.4材料選擇表2.5復(fù)合要求的材料及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)序號(hào)材料六速（r/min）漏斗粘度（s）濾失量（ml）600300200100631基漿+0.2%CMC-HV+0.2%PAC-LV35.52519.51343.5488.82基漿+5%植物膠+0.2%PAC-LV3725.5211454388.8基漿+0.2%CMC+0.2%PAC-LV粘度略微偏大，但在允許范圍內(nèi)，而基漿+5%植物膠+0.2PAC-LV的效果與加入CMC的效果相差極小，加量卻為25倍，從經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)場(chǎng)泥漿攪拌的難易程度考慮，選擇基漿+0.2%CMC+0.2%PAC-LV。2.4.6卵礫石層泥漿綜上所述，粘度、濾失量、膨脹量符合要求的泥漿配方為基漿+0.2%CMC+0.2%PAC-LV+0.1%聚丙烯酰胺。第三章潤(rùn)滑泥漿鉆井液潤(rùn)滑劑能夠有效的防止壓力差卡鉆等井底下事故。其最大的功效是使鉆具間、鉆桿與孔壁之間的摩擦系數(shù)大大降低，減少摩擦而造成的能量損失，從而使鉆具設(shè)備發(fā)揮更好的性能。鉆井液潤(rùn)滑性主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為泥餅的黏附系數(shù)與鉆井液的潤(rùn)滑系數(shù)。在潤(rùn)滑性能標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，油類是潤(rùn)滑性能極佳的添加劑，而空氣介質(zhì)則對(duì)潤(rùn)滑性能不利，鉆井液潤(rùn)滑性則處于空氣和油之間。降低鉆具之間的損耗、延長(zhǎng)鉆具使用時(shí)間、防止壓差卡鉆、縮減起下鉆的時(shí)間，這些都是潤(rùn)滑性優(yōu)良的泥漿做具備的特點(diǎn)。3.1影響鉆井液潤(rùn)滑性的因素3.1.1粘度、密度和固相的影響隨著泥漿固相含量、密度增加，通常其粘度、切力等也會(huì)相應(yīng)增大。這種情況下，鉆井液的潤(rùn)滑性能也會(huì)相應(yīng)變差。這時(shí)其潤(rùn)滑性能主要取決于固相的類型及含量。砂巖和各種加重劑的顆粒具有特別高的研磨性能。因此，盡量采用低固相鉆井液，是改良和提高泥漿潤(rùn)滑性能的最重要的措施之一。3.1.2濾失性、巖石條件、地下水和濾液pH值致密、光滑、薄的泥餅具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性能。降濾失劑和其他改進(jìn)泥餅質(zhì)量的處理劑（比如磺化瀝青）主要是通過(guò)改善泥漿的防磨損和潤(rùn)滑性能。3.1.3有機(jī)高分子處理劑的影響許多高分子處理劑都有良好的降低濾失、改善泥餅質(zhì)量、降低鉆具摩擦阻力的功能。3.1.4潤(rùn)滑劑的影響試驗(yàn)表明，使用清水作鉆井液，摩擦阻力是較大的（摩阻系數(shù)0.34）。而往清水中加入千分之一至千分之幾的潤(rùn)滑劑后，清水的潤(rùn)滑性能會(huì)得到顯著改善，外在表現(xiàn)為鉆具回轉(zhuǎn)工作電流下降很多。因此，潤(rùn)滑劑的使用是改善鉆井液潤(rùn)滑性能、降低摩擦阻力的重要途徑。鉆井液潤(rùn)滑劑一般可分為兩大類：液體類和固體類。前者如礦物油、食用油、原油、表面活性劑等，后者如石墨、塑料小球、玻璃小球等。圖3.1油和水混合，不加乳化劑（左），加入乳化劑（右）圖3.2不加乳化劑圖3.3加乳化劑通過(guò)觀察油水混合后加乳化劑和不加乳化劑的宏觀圖3.1以及微觀圖3.2和圖3.3可知：未加乳化劑時(shí)，油水互不相溶、相互分層。加入乳化劑后，油水能夠混合，油分子填充在水分子中，大大提高潤(rùn)滑性能。3.2鉆井液潤(rùn)滑機(jī)理（1）惰性固體的潤(rùn)滑機(jī)理。為了達(dá)到降低摩擦、減少鉆具磨損的目的，固體類潤(rùn)滑劑通過(guò)在兩個(gè)接觸面之間形成物理性隔離，使得接觸的摩擦表面上產(chǎn)生一種隔離潤(rùn)滑油膜。很多固體類潤(rùn)滑劑的工作原理與細(xì)小的滾珠相似，它可使鉆具與井壁不直接接觸，將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，由此可以使扭矩和摩擦力大幅度減小。（2）瀝青類潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑機(jī)理。提高泥餅質(zhì)量和降低其摩阻系數(shù)主要是在鉆井液中添加瀝青類處理劑。瀝青類潤(rùn)滑劑憎水性以及親油性強(qiáng)，能夠有效的粘附在井壁上，在井壁上形成一層潤(rùn)滑油膜。其油膜既可以達(dá)到減小鉆具與井壁間摩擦的效果，又可以防止鉆井液向地層濾失。（3）液體潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑機(jī)理。礦物油、植物油、表面活性劑等使孔壁與鉆具間的接觸面產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦，轉(zhuǎn)變?yōu)橛湍ぶg與活性劑非極性端之間的摩擦。這些液體潤(rùn)滑劑能夠在金屬、巖石、粘土表面形成一層穩(wěn)定的潤(rùn)滑膜，或者通過(guò)表面活性劑的非極性端再吸附一層油膜，以達(dá)到減小鉆具與巖石之間的摩阻，降低鉆具和其他顆粒或孔壁之間的磨損，減小鉆具的回轉(zhuǎn)扭矩。圖3.4油包水乳化鉆井液的潤(rùn)滑機(jī)理圖3.5表面活性劑水溶液的潤(rùn)滑機(jī)理3.3鉆井液潤(rùn)滑劑分類在水基鉆井液經(jīng)常使用的潤(rùn)滑劑包括下列兩種類型：（1）惰性固體潤(rùn)滑材料。由二乙烯苯與苯乙烯通過(guò)共聚反應(yīng)合成的塑料小球。該合成材料是一種無(wú)毒，無(wú)味，無(wú)熒光顯示，能抵抗酸堿腐蝕，能承受較高抗壓強(qiáng)度的透明球狀體。該塑料小球與水和油不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在泥漿中呈惰性，其密度在1.03~1.05g/cm3之間，還可抵抗205℃的高溫。其不足之處是成本太高。現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)證明玻璃小球也同樣可以減小扭矩與摩阻，它可替代塑料小球同樣達(dá)到潤(rùn)滑效果。玻璃小球通過(guò)達(dá)到類似球軸承作用而埋入泥餅，使得泥餅的摩擦系數(shù)降低。因?yàn)楣腆w尺寸的約束，塑料小球和玻璃小球很容易在鉆井過(guò)程中被固控系統(tǒng)清除。由于受到鉆桿的壓力或振動(dòng)摩擦作用而出現(xiàn)破損、變形的情況，所以在使用上會(huì)受到一定限制。石墨粉作為潤(rùn)滑劑加入鉆井液中不會(huì)使泥漿流變性能得到破壞，而且它還具有顯著的抵抗高溫、無(wú)熒光、減小摩阻系數(shù)的特點(diǎn)。作為同類潤(rùn)滑劑的彈性石墨粉也包括無(wú)毒、沒(méi)有腐蝕性的特點(diǎn)。當(dāng)在鉆井液中添加高比例的彈性石墨時(shí)，其不會(huì)堵塞泥漿馬達(dá)，并且在高剪切速率下，其也不會(huì)使得泥漿發(fā)生明顯的水土分層現(xiàn)象。同樣能達(dá)到減小扭矩，降低摩擦系數(shù)，減少磨損的效果，還能配伍各種鉆井液。在石灰基鉆井液中常添加彈性石墨潤(rùn)體潤(rùn)滑劑，以達(dá)到常規(guī)液體潤(rùn)滑劑所達(dá)不到的效果。（2）液體類潤(rùn)滑劑。該類潤(rùn)滑劑主要包括原油、礦物油、植物和表面活性劑等。液體類潤(rùn)滑劑可分為兩類，一類是油性劑，主要在低負(fù)荷下發(fā)揮作用，通常為酯或羧酸；另外一類為極壓劑，主要在高負(fù)荷下起作用，其通常包含有硫、磷、硼等活性元素。通常這些活性元素的潤(rùn)滑劑既是油性劑，又是極壓劑，能同時(shí)發(fā)揮兩種作用。3.4鉆井液潤(rùn)滑劑基本要求潤(rùn)滑效果優(yōu)良的潤(rùn)滑劑需具備兩個(gè)特點(diǎn)：要想形成一層致密的油膜，就要使分子上的烴鏈沒(méi)有支鏈，而且還要足夠長(zhǎng)（一般碳鏈基團(tuán)在C12-C18之間）；二是吸附基團(tuán)必須在粘土和金屬表面上牢固吸附，這樣可以不易使油膜脫落。很多潤(rùn)滑劑如磺化脂肪酸、磺化蓖麻油、硫化烴琥珀酸的唑啉化合物和其他含S的潤(rùn)滑劑，這些都屬于陰離子型表面活性劑。如烷基酚與環(huán)氧乙烷縮合物、(CH3SO3)2Pb和ABSN等，這些都是常添加入鉆井液中的表面活性劑。非離子型表面活性劑其潤(rùn)滑效果較差是因?yàn)槠湓阢@具的表面不能形成牢固的油膜而成為牢固的化學(xué)吸附，也就是說(shuō)不能很好的形成潤(rùn)滑膜，盡管該表面活性劑有親水性基團(tuán)。如果將一些單一陰離子型表面活性劑加入水中出現(xiàn)破乳現(xiàn)象，則是因?yàn)榇怂}鎂離子濃度較高（常稱硬水），水中的離子會(huì)與表面活性劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成高價(jià)鹽，使溶液渾濁。故為了得到潤(rùn)滑效果好的且還會(huì)抵抗外部陽(yáng)離子破環(huán)的潤(rùn)滑劑，一般在陰離子型表面活性劑中添加非離子型活性劑兩者復(fù)配成復(fù)合型表面活性劑。在堿性環(huán)境中使用陰離子型表面活性劑能更好的維持穩(wěn)定狀態(tài)；而陽(yáng)離子表面活性使用環(huán)境則正好相反；非離子型表面活性劑的使用則根本不受PH值的影響。優(yōu)良高效的鉆井液潤(rùn)滑劑不僅在潤(rùn)滑性上能夠延長(zhǎng)鉆具的使用壽命及提升其他工作指標(biāo)，還應(yīng)該隊(duì)獲取地層數(shù)據(jù)資料和評(píng)價(jià)不會(huì)構(gòu)成影響，為此應(yīng)選擇有低熒光性或者無(wú)熒光性潤(rùn)滑材料。固選擇潤(rùn)滑劑基礎(chǔ)原料時(shí)，應(yīng)少量使用含苯環(huán)的材料，尤其是多芳香烴的有機(jī)材料；也應(yīng)少含原油、重餾分、釜?dú)埼铩r青等含熒光多的物質(zhì)。隨著新時(shí)代人們?cè)谑褂镁G色材料的意識(shí)逐漸提高，越來(lái)越多的鉆井液潤(rùn)滑材料使用無(wú)毒可生物降解的潤(rùn)滑劑。有些合成的脂類有機(jī)物或礦物油類則是由動(dòng)物油和植物油為基礎(chǔ)油加工而得，這些合成油潤(rùn)滑劑沒(méi)有含芳香烴成分。這些材料基本沒(méi)有毒性或毒性很小，不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成影響，也不影響地質(zhì)錄井工作。現(xiàn)今在定向斜井使用該類潤(rùn)滑劑產(chǎn)品已經(jīng)取得了很好的效果。植物油類物質(zhì)是用作潤(rùn)滑材料的最佳選擇，且都能滿足以上要求，來(lái)源充足，經(jīng)過(guò)一些化學(xué)反應(yīng)和物理加工改性后，其潤(rùn)滑劑還能得到進(jìn)一步提升。3.5潤(rùn)滑系數(shù)實(shí)驗(yàn)多數(shù)表面活性劑都可作為乳化材料。典型的非離子表面活性劑如山梨醇酐單油酸酯（SP-80）、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10（OP-10）、吐溫（TW-80）。上述三種材料較為常見，且對(duì)人體無(wú)太大副作用，用于本實(shí)驗(yàn)的潤(rùn)滑泥漿配方探索。對(duì)于油類，則選擇玉米油、機(jī)油、柴油這三種常見且易于獲得的油類。初步選定：乳化劑：山梨醇酐單油酸酯（SP-80）、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10（OP-10）、吐溫（TW-80）。油：玉米油、機(jī)油、柴油測(cè)量?jī)x器：潤(rùn)滑系數(shù)儀圖3.6潤(rùn)滑系數(shù)儀測(cè)量方法：1）儀器的校正在每一次使用儀器前，必須先用清水進(jìn)行校正，如果讀數(shù)達(dá)到要求時(shí)，才可開始測(cè)試。（達(dá)不到要求時(shí)需先進(jìn)行磨合工作即標(biāo)準(zhǔn)化）。①將塊、環(huán)及儀器上所有接觸試樣的部位用洗手液或肥皂清洗并用蒸餾水徹底洗凈擦干。各就各位，滑塊和滑環(huán)先不要接觸即扭力扳手不加壓力。啟動(dòng)儀器，使其在300轉(zhuǎn)/min下運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘，然后將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為60轉(zhuǎn)/min，偏差+5轉(zhuǎn)/min。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后關(guān)閉電源，將扭力扳手調(diào)零。②在樣品盤中倒?jié)M蒸餾水，并使水浸沒(méi)塊和環(huán)，啟動(dòng)儀器，空轉(zhuǎn)5分鐘，再次檢查轉(zhuǎn)速表及扭力表是否處于調(diào)好的狀態(tài)。然后調(diào)節(jié)扭力扳手讀數(shù)值為16.95N.m(150PSI)，轉(zhuǎn)速表建議調(diào)至62轉(zhuǎn)/分，再把扭矩儀卸掉即不加壓力，這時(shí)電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，應(yīng)把環(huán)、塊的距離離的遠(yuǎn)一些，再通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)零旋扭使讀數(shù)為零。③處于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速下，迅速調(diào)節(jié)扭力扳手的表盤讀數(shù)值為16.95N.m(150Psi)，讓儀器運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘。扭力表讀數(shù)值應(yīng)在28-48轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分這個(gè)范圍內(nèi)，記下儀表讀數(shù)備用。2）試塊的標(biāo)準(zhǔn)化如果轉(zhuǎn)速在60轉(zhuǎn)/min時(shí)，校正系數(shù)不在28-48之間則環(huán)和塊的表面必須調(diào)整或標(biāo)準(zhǔn)化。步驟如下:①擦拭干凈試塊表面，并且研磨的位置處于試塊中心。②將細(xì)研磨劑涂于試環(huán)表面，研磨轉(zhuǎn)速控制在100-200轉(zhuǎn)/min范圍內(nèi)，加力5.6N.m(50PSI)。注意不要用螺桿手把加壓，應(yīng)該用手控制壓力，這樣操作靈活。這時(shí)能夠聽到明顯的摩擦聲，研磨5分鐘后卸掉一次扭矩，觀察摩擦環(huán)和摩擦塊是否磨好，重復(fù)研磨3-4次，磨好為止。以上的研磨時(shí)間和次數(shù)只能作參考，實(shí)際的操作是由實(shí)驗(yàn)決定的。③用洗手液或肥皂徹底清洗研磨劑。④用2勺碳酸鈣和一杯去離子水混合，加入樣品盤。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為300-500轉(zhuǎn)/min，加3.3N.m(30PSI)力的扭矩運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘，減小扭矩到1.65N.m(15PSI），再轉(zhuǎn)5分鐘（僅供參考）。⑤檢查磨擦環(huán)和磨擦塊是不是帶有光亮的小磨擦面。放下樣品盤棄去校正液，將環(huán)、塊都用濾紙擦洗干凈。3）儀器的使用同步驟1）儀器的校正，只是把水換成待測(cè)的樣品。4）校正因子的測(cè)定如果所有的塊和環(huán)的金屬結(jié)構(gòu)完全一致的話，那么在上述標(biāo)準(zhǔn)條件下(即轉(zhuǎn)為60轉(zhuǎn)/分，扭力為16.95N.m)，其對(duì)應(yīng)于蒸餾水的摩阻系數(shù)應(yīng)為0.34。然而，這一理想情況并不存在，因此，必須測(cè)定校正因子。這項(xiàng)工作在每次試驗(yàn)前都必須進(jìn)行。如果測(cè)得水的摩阻系數(shù)值在規(guī)定范圍內(nèi)（儀表讀值應(yīng)在28-48這個(gè)范圍內(nèi)），可以繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試。如果儀器讀數(shù)不在此范圍內(nèi)，則需要進(jìn)行校正即試塊的標(biāo)準(zhǔn)化。儀表讀數(shù)在范圍內(nèi)記錄備用。按下式計(jì)算校正因子式中:CF一校正因子摩阻系數(shù)的測(cè)定應(yīng)在以下標(biāo)準(zhǔn)條件進(jìn)行:滑環(huán)轉(zhuǎn)速:60轉(zhuǎn)/分滑塊上的作用力:444.8N扭力扳手表盤的讀數(shù)單位為N.m。由于出廠時(shí)已將其力臂固定為38.1mm。因此，當(dāng)調(diào)整扭力扳手讀值為16.95N.m時(shí)，即可得到444.8N的作用力。摩阻系數(shù)計(jì)算:5）儀器停用本儀器用完后，滑環(huán)可以不卸，用洗手液洗凈油污并用清水徹底洗潔干凈并擦干，再用凡士林涂抹滑塊、滑環(huán)等所有工作表面并放好以備待用。3.6實(shí)驗(yàn)材料基漿：水+6%膨潤(rùn)土+5%純堿（土的百分質(zhì)量）乳化劑：山梨醇酐單油酸酯（SP-80）、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10（OP-10）、吐溫（TW-80）。油：玉米油、機(jī)油、柴油3.7實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論每次實(shí)驗(yàn)前，先進(jìn)行水和基漿潤(rùn)滑系數(shù)的測(cè)定，用于比較油和乳化劑的效果。3.7.1SP-80對(duì)泥漿潤(rùn)滑系數(shù)的影響表3.1SP-80對(duì)泥漿潤(rùn)滑系數(shù)的影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)序號(hào)材料潤(rùn)滑系數(shù)潤(rùn)滑系數(shù)下降比例水38.9基漿45.21基漿+0.5%玉米油+10%SP-80(油的10%)7.284%2基漿+1%玉米油+10%SP-80(油的10%6.685%3基漿+1%玉米油+10%SP-80(油的10%)5.588%4基漿+0.5%柴油+10%SP-80(油的10%)5.388%5基漿+1%柴油+5%SP-80(油的5%)7.184%6基漿+1%柴油+10%SP-80(油的10%)5.784%7基漿+0.5%機(jī)油+10%SP-80(油的10%)4.191%8基漿+1%玉米油+5%SP-80(油的10%)5.288%9基漿+1%玉米油+10%SP-80(油的10%)4.789%3.7.2TW-80對(duì)泥漿潤(rùn)滑系數(shù)的影響表3.2TW-80對(duì)泥漿潤(rùn)滑系數(shù)的影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)序號(hào)材料潤(rùn)滑系數(shù)潤(rùn)滑系數(shù)下降比例基漿46.1水36.11基漿+0.5%玉米油+10%TW-80(油的10%)44.63.3%2基漿+1%玉米油+10%TW-80(油的10%45.51.3%3基漿+1%玉米油+10%TW-80(油的10%)45.22.0%4基漿+0.5%柴油+10%TW-80(油的10%)47.4-2.8%5基漿+1%柴油+5%TW-80(油的5%)45.12.2%6基漿+1%柴油+10%TW-80(油的10%)38.915.6%7基漿+0.5%機(jī)油+10%TW-80(油的10%)41.311.6%8基漿+1%玉米油+5%TW-80(油的10%)36.321.3%9基漿+1%玉米油+10%TW-80(油的10%)34.225.8%3.7.3OP-10對(duì)泥漿潤(rùn)滑系數(shù)的影響表3.3OP-10對(duì)泥漿潤(rùn)滑系數(shù)的影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)序號(hào)材料潤(rùn)滑系數(shù)潤(rùn)滑系數(shù)下降比例水30.7基漿36.91基漿+0.5%玉米油+10%OP-10(油的10%)43.2-17.12基漿+1%玉米油+10%OP-10(油的10%)42.5-15.2%3基漿+1%玉米油+10%OP-10(油的10%)41.1-11.4%4基漿+0.5%柴油+10%OP-10(油的10%)41.6-12.7%5基漿+1%柴油+5%OP-10(油的5%)42.3-14.6%6基漿+1%柴油+10%OP-10(油的10%)42.1-14.1%7基漿+0.5%機(jī)油+10%OP-10(油的10%)43.4-17.6%8基漿+1%玉米油+5%OP-10(油的10%)38.4-4.1%9基漿+1%玉米油+10%OP-10(油的10%)39.2-6.2%3.7.4復(fù)合油對(duì)泥漿潤(rùn)滑系數(shù)的影響表3.4復(fù)合油對(duì)泥漿潤(rùn)滑系數(shù)的影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)序號(hào)材料潤(rùn)滑系數(shù)潤(rùn)滑系數(shù)下降比例水35.3基漿43.51基漿+0.5%玉米油+0.5%柴油+10%SP-80(油的10%)4.190.6%2基漿+1%玉米油+1%柴油+10%SP-80(油的10%5.687.1%3基漿+1%玉米油+1%柴油+10%SP-80(油的10%)2.494.5%4基漿+0.5%玉米油+0.5%柴油+10%TW-80(油的10%)44.7-2.8%5基漿+1%玉米油+1%柴油+5%TW-80(油的5%)41.25.3%6基漿+1%玉米油+1%柴油+10%TW-80(油的10%)47.2-8.5%7基漿+0.5%玉米油+0.5%柴油+10%OP-10(油的10%)45.4-4.4%8基漿+1%玉米油+1%柴油+5%OP-10(油的5%)48.0-10.3%9基漿+1%玉米油+1%柴油+10%OP-10(油的10%)45.6-4.8%10基漿+0.5%機(jī)油+0.5%柴油+10%SP-80(油的10%)5.288.0%11基漿+1%機(jī)油+1%柴油+5%SP-80(油的5%)3.991.0%12基漿+1%機(jī)油+1%柴油+10%SP-80(油的10%)1.696.3%3.7.5復(fù)合乳化劑對(duì)泥漿潤(rùn)滑系數(shù)的影響表3.5復(fù)合乳化劑對(duì)泥漿潤(rùn)滑系數(shù)的影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)序號(hào)材料潤(rùn)滑系數(shù)潤(rùn)滑系數(shù)下降比例1水36.52基漿39.13基漿+0.5%玉米油+10%SP-80(油的10%)+10%TW-806.882.6%4基漿+1%玉米油+10%SP-80(油的10%）+5%TW-806.184.4%5基漿+1%玉米油+10%SP-80(油的10%)+10%TW-8022.343.0%6基漿+0.5%柴油+10%SP-80(油的10%)+10%TW-8033.913.3%7基漿+1%柴油+5%SP-80(油的5%)+5%TW-8039.7-1.5%8基漿+1%柴油+10%SP-80(油的10%)+10%TW-8044.6-14.1%9基漿+0.5%機(jī)油+10%SP-80(油的10%)+10%TW-8011.271.4%10基漿+1%玉米油+5%SP-80(油的10%)+5%TW-8045.4-16.1%11基漿+1%玉米油+10%SP-80(油的10%)+10%TW-8041.1-5.1%3.7.6潤(rùn)滑泥漿配方通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)對(duì)比可知，基漿+0.5%機(jī)油+10%SP-80、基漿+1%機(jī)油+1%柴油+5%SP-80可使?jié)櫥禂?shù)下降91%，而基漿+1%機(jī)油+1%柴油+10%SP-80可使?jié)櫥禂?shù)下降96%。加入TW-80和OP-10后有時(shí)會(huì)使?jié)櫥禂?shù)增大，可能是因?yàn)檫@兩種乳化劑存放時(shí)間過(guò)久導(dǎo)致乳化劑變質(zhì)。所以，潤(rùn)滑泥漿配方為基漿+1%機(jī)油+1%柴油+10%SP-80。第四章解泥包泥漿在鉆進(jìn)的過(guò)程中通常會(huì)遇到泥巖地層（粘土），水化過(guò)后的泥巖鉆屑很容易吸附在鉆頭上形成泥包，嚴(yán)重降低機(jī)械鉆速主要原因是鉆屑顆粒吸附在鉆頭和鉆具表面。鉆頭泥包不僅降低掘進(jìn)效率，甚至還會(huì)使扭矩增大。鉆具都是以金屬為基體而顯正電性，而泥漿中的鉆屑中的鈣鎂礦物離子在游離后顯負(fù)電性，正負(fù)電荷相互吸引，容易在鉆具表面產(chǎn)生靜電吸附巖屑顆粒，形成泥包現(xiàn)象。而通過(guò)改變鉆井液的潤(rùn)濕性可以有效減少鉆具泥包。為此，提出在鉆井液中添加表面活性劑來(lái)研究改變潤(rùn)濕來(lái)防止鉆具泥包，可以減少鉆具泥包程度，如各種解吸附卡鉆劑、泥漿洗滌劑。4.1泥包鉆頭、鉆桿原因分析在鉆掘泥巖地層的過(guò)程中，具有粘附性的泥巖鉆屑吸附在鉆具表面而無(wú)法及時(shí)排屑而在鉆具外圍形成一層包裹的泥質(zhì)鉆屑，此現(xiàn)象叫做泥包。通常情況下泥包是由多個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程造成的，下文將形成鉆具泥包的原因歸為以下幾點(diǎn)：4.1.1地質(zhì)原因①鉆進(jìn)遇到上部未成巖的軟泥，非常容易吸附在鉆具表面，壓緊后造成鉆頭泥包；②地層中的泥頁(yè)巖雖然能成巖，但易水化分散，使井眼內(nèi)泥質(zhì)或固相含量上升，吸附于鉆頭表面而造成泥包鉆頭；③地層中含有分散狀的石膏，污染泥漿后，固態(tài)的有害物質(zhì)在泥漿中難以被清除，鉆頭泥包的幾率會(huì)變大，地層滲透率變高，在壓差作用下，孔壁吸附井筒內(nèi)有害固相和未及時(shí)排出的巖屑，形成厚的泥餅，起下鉆時(shí)堆積在鉆頭下方造成鉆頭泥包。4.1.2泥漿原因①泥漿的抑制性差，無(wú)法抑制泥頁(yè)巖的水化分散。固相含量以及粘切過(guò)高，鉆出的巖屑難于清除，易吸附在鉆頭表面形成泥包。當(dāng)使用的是無(wú)固相鉆井液時(shí)，鉆頭發(fā)生泥包的幾率大大降低；②泥漿的比重偏高，失水量偏大，易形成過(guò)厚的粗糙泥餅；泥漿的潤(rùn)滑性能差、鉆頭表面無(wú)法形成有效的保護(hù)膜，泥漿中的劣質(zhì)固相易粘附在鉆頭上，從而形成泥包；③鉆進(jìn)中排量過(guò)小，不能有效清潔井底及鉆頭，同時(shí)泥漿的上返速度不足，巖屑在井內(nèi)滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，粘附于井壁上形成厚泥餅，尤其當(dāng)中上部鉆速高時(shí)更為嚴(yán)重；④在軟泥巖地層鉆進(jìn)時(shí)，鉆壓過(guò)大，地層或鉆屑與鉆頭表面呈直接接觸，造成泥包鉆頭；4.1.3操作水平原因①下鉆速度過(guò)快，鉆頭在井壁上不斷刮削泥餅或鉆屑，反而沒(méi)有順著螺旋形軌道下滑以致容易引起鉆頭泥包現(xiàn)象；②下鉆遇阻時(shí)不是繼續(xù)循環(huán)沖洗鉆頭，而是下壓或下沖，從井壁上刮下的泥餅或鉆屑則使鉆頭產(chǎn)生泥包現(xiàn)象；③下鉆到底的操作方法有誤，如果先啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤，后啟動(dòng)泵，那么也會(huì)造成泥包鉆頭；④在軟弱地層中鉆進(jìn)時(shí)，給鉆不均衡也會(huì)造成鉆頭泥包。4.2解泥包處理劑--表面活性劑4.2.1表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)表面活性劑是在溶液表面能按一定方向排列，能夠降低溶液臨界膠束能力和減小表面張力的一種具有親水親油基團(tuán)物質(zhì)。表面活性劑的一端為親水基團(tuán)，另一端為疏水基團(tuán)，其分子結(jié)構(gòu)具有親水親油兩親性質(zhì)。親水基團(tuán)通常包括硫酸基、磺酸、羧酸、氨基或胺基及其含鹽官能團(tuán)，也可為酰胺基、羥基、醚鍵等，這些基團(tuán)為極性的；憎水基團(tuán)有8碳原子以上烴鏈，一般為非極性烴鏈。添加入鉆井液中的表面活性劑一般含量較小，但其能發(fā)揮很大作用。表面活性劑主要分為非離子型表面活性劑、陽(yáng)離子型表面活性劑、陰離子型表面活性劑、混合型表面活性劑。擁有親水親油兩親結(jié)構(gòu)的表面活性劑具有表面活性，主要有自聚和表面吸附兩種表現(xiàn)形式。表面活性劑能夠降低水的表面張力是因?yàn)椤跋嗨葡嗳堋痹?，表面活性劑表面吸附主要是親水基團(tuán)進(jìn)入水中，而憎水基團(tuán)外露于空氣，使表面活性劑吸附在水的表面。當(dāng)表面活性劑在水中濃度低于飽和點(diǎn)時(shí)，其呈平鋪狀；當(dāng)濃度超過(guò)飽和點(diǎn)時(shí)，表面活性劑的憎水基團(tuán)會(huì)縮聚靠攏在一起形成內(nèi)核，而親水基團(tuán)朝外，最后形成膠團(tuán)。在剛開始形成膠團(tuán)的時(shí)候，表面活性劑會(huì)降低溶液的表面張力至最小，而隨著濃度逐漸增大后，溶液的表面張力則不會(huì)出現(xiàn)明顯的降低。通過(guò)分子中不同部分對(duì)于兩相的親和不同，使兩相都將其看作本相的組分，分子排列在兩相中間，使兩相的表面相當(dāng)于轉(zhuǎn)入分子內(nèi)部，從而降低表面張力。由于兩相都將其看作本相的一個(gè)組成部分，就相當(dāng)于兩個(gè)相與表面活性劑分子都沒(méi)有形成界面，就相當(dāng)于通過(guò)這種方式消滅了兩個(gè)相的部分界面，就降低了表面張力和表面自由能。4.2.2表面活性劑對(duì)鉆井液的作用①濕潤(rùn)、均一穩(wěn)定作用常規(guī)的鉆井泥漿制備方法為采用一定量的膨潤(rùn)土與水混合攪拌，但是由于土粒不易溶于水，混合后容易導(dǎo)致水土分層，水對(duì)土顆粒的潤(rùn)濕作用不明顯。在泥漿中加入一定比例分?jǐn)?shù)的表面活性劑，通過(guò)減小泥漿的表面張力，增加土顆粒表面水的分布面積，從而達(dá)到充分濕潤(rùn)的效果。于此同時(shí)，表面活性劑的兩親性把土粒和水的直接接觸轉(zhuǎn)變?yōu)樗c親水基、土與疏水基的接觸，如同紐帶般將兩者結(jié)合，大大減小了水土分層現(xiàn)象，使整個(gè)泥漿體系趨于均一穩(wěn)定、增加了鉆井液粘度、降低其失水量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，表面活性劑的添加可使泥漿的膠體率由70%提高到90%以上，表觀粘度能夠增加6~10mPa·s，濾失量可以降低5~10ml。表面活性劑如木質(zhì)素磺酸鹽、單寧栲膠、丙烯酰胺、以及磺甲基酚醛樹脂等均具有一定的調(diào)節(jié)流型、降低濾失量的作用。②潤(rùn)滑減阻作用孔壁巖石和金屬鉆桿表面都是親水的高能表面，當(dāng)含表面活性劑的泥漿在孔內(nèi)循環(huán)時(shí)，溶液中的具有兩親結(jié)構(gòu)的表面活性劑便吸附在金屬鉆桿與水形成的界面和巖石與水形成的界面上。當(dāng)鉆桿柱高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，將金屬鉆桿和巖石表面間的直接摩擦改變?yōu)楸砻婊钚詣┰魉碎g的吸附摩擦，如同機(jī)械軸承間注入潤(rùn)滑油后將變干摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈?rùn)滑油摩擦。此外，隨著鉆探深度的增加，鉆井液比重也要求增大，重晶石是常用的加重劑，添加加重劑后鉆井液體系對(duì)機(jī)械的磨損加大，實(shí)驗(yàn)證明，表面活性劑分子可吸附在金屬表面，大大降低重晶石高密度鉆井液對(duì)金屬表面的磨損。表面活性劑如烷基芳基磺酸鹽、煤油烴基磺酸和磺化瀝青、月桂酸聚氧乙烯醋和辛基酚聚氧乙烯醚等均具有一定的潤(rùn)滑減阻功用。③穩(wěn)定體系pH值鉆井液pH值不合適時(shí)一方面會(huì)影響各處理劑在鉆井液中的效果，降低鉆井液的工作性能；另一方面還會(huì)加快鉆具的腐蝕，造成一些偶然的鉆井事故。添加處理劑通常導(dǎo)致鉆井液pH值的降低，因此，如何穩(wěn)定體系的pH值在可控范圍內(nèi)顯得尤為重要。一般來(lái)說(shuō)水基泥漿體系復(fù)配前鉆井液體系pH約6~7，加入各種添加劑后pH在10左右，隨著鉆井液的老化時(shí)間增加，pH值會(huì)逐漸降低。實(shí)驗(yàn)證實(shí)：陰離子型表面活性劑ABS、AS對(duì)飽和鹽水鉆井液的pH值變化起到一定的穩(wěn)定作用，同時(shí)復(fù)配表面活性劑能夠產(chǎn)生一定的協(xié)同作用，往往使得相同條件下的復(fù)配劑效果優(yōu)于單一表面活性劑的使用效果。④乳化作用表面活性劑的乳化作用表現(xiàn)為使水和油兩種不相溶物質(zhì)形成穩(wěn)定的乳狀液。表面活性劑的兩親結(jié)構(gòu)是水油體系要達(dá)到互溶穩(wěn)定的基礎(chǔ)。當(dāng)進(jìn)行攪拌時(shí)，它吸附在油珠和水的界面上，降低油水界面的張力，同時(shí)在油水界面上的兩側(cè)形成兩個(gè)溶劑化吸附層，即形成界面膜，阻止油珠的聚集。當(dāng)選用離子型表面活性劑時(shí)，油珠間還存在著雙電層排斥力。這樣，油珠便穩(wěn)定地分布在乳狀液中。如今，逆乳化鉆井液也有著廣泛應(yīng)用，油包水型鉆井液能向水包油型轉(zhuǎn)化，后期加入表面活性劑還可以逆化成油包水型。具乳化作用的表面活性劑有脂肪酸皂、烷基苯磺酸、石油磺酸鈉等。⑤起泡和消泡作用泡沫鉆井液在低壓地層、易漏易塌地層中經(jīng)常用到。有的鉆探現(xiàn)場(chǎng)為了使鉆井液更好地傳遞壓力又需要消除泡沫。因此，起泡劑和消泡劑的應(yīng)用也很廣泛。起泡時(shí)，一般靠迅速攪拌或把壓縮空氣通入水中形成泡沫，但是泡沫需要穩(wěn)定持久就要加入一定量的起泡劑，把水相和氣相結(jié)合在一起。不需要起泡時(shí)，加入定量的消泡劑即可達(dá)到效果。常用的發(fā)泡劑為十二烷基苯磺酸鈉，消泡劑有甘油聚醚、丙三醇聚醚等。4.3相關(guān)實(shí)驗(yàn)4.3.1接觸角測(cè)量測(cè)量?jī)x器：接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量方法：①接通電源，打開電腦，插上啟動(dòng)U盤。②打開“接觸角軟件”文件夾，單擊接觸角測(cè)定軟件中的“AngleM”。③打開儀器的光源旋鈕，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)可看到光源亮度逐漸增強(qiáng)，根據(jù)電腦顯示的圖像調(diào)節(jié)光源的亮度。④調(diào)整滴液(液體為預(yù)處理時(shí)所使用的緩沖溶液，也可以為水，或其他液體)針頭，使其出現(xiàn)在圖像的中間。⑤調(diào)整調(diào)節(jié)手輪，直到圖像清晰。⑥將玻璃注射器裝滿液體，安裝在固定架上。旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭可使液體流出。⑦將準(zhǔn)備好的樣品放在玻璃片上，然后將玻璃片放在工作臺(tái)上。工作臺(tái)可通過(guò)旋鈕上、下、左、右移動(dòng)，以使其物像出現(xiàn)在光源中心。⑧旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，流出一滴液體到固體表面，靜等1秒后，單擊“采集當(dāng)前顯示的圖像”，可采集到液體在固體表面上的圖像。⑨采用“手工做圓、切線法”，可測(cè)出液體在固體表面的接觸角。⑩右鍵圖像，可將測(cè)量的結(jié)果保存在圖像上，然后點(diǎn)擊“文件”中的“另存為”可將結(jié)果保存在文件夾中。圖4.1接觸角測(cè)量?jī)x圖4.2清水圖4.30.2%十二烷基苯磺酸鈉圖4.40.1%十二烷基苯磺酸鈉+0.1%十六烷基三甲基氯化銨圖4.40.1%十二烷基苯磺酸鈉+0.1%十六烷基三甲基氯化銨圖4.50.1%SP-80+0.1%十六烷基三甲基氯化銨表4.1泥漿與表面活性劑溶液金屬表面接觸角（°）處理劑加量0.1%0.2%0.3%水132基漿34基漿+SP-805746.553基漿+十二烷基苯磺酸鈉564152基漿+十六烷基三甲基氯化銨52.55047基漿+0.1%SP-80+0.1%十二烷基苯磺酸鈉64基漿+0.1%SP-80+0.1%十六烷基三甲基氯化銨39基漿+0.1%十二烷基苯磺酸鈉+0.1%十六烷基三甲基氯化銨41.5測(cè)得的接觸角增大，表明其潤(rùn)濕性由強(qiáng)親水向弱親水轉(zhuǎn)變。鉆井液潤(rùn)濕性向弱親水方向的改變有利于減弱或消除鉆屑顆粒在鉆頭、鉆具表面的吸附?；鶟{+0.1%SP-80、基漿+0.1%十二烷基苯磺酸鈉、基漿+0.1%SP-80+0.1%十二烷基苯磺酸鈉的效果最好。4.3.2粘附系數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)x器：粘附系數(shù)儀測(cè)量方法：①實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備:檢查氣源、管匯、膠管、壓力表工作是否安全可靠。將管匯組件安裝于氣瓶上由G5/8螺帽緊固。在確定調(diào)壓手柄處于自由狀態(tài)時(shí)，打開氮?dú)馄康臍庠?，此時(shí)管匯中間壓力表的顯示壓力應(yīng)為≥5MPa。將兩高壓膠管分別于管江和三通組件對(duì)應(yīng)部位連接牢固。②取出主機(jī)，打開杯蓋及濾網(wǎng)座檢查濾網(wǎng)有無(wú)異物、傷痕及不平整地方等，鉆井液杯內(nèi)必須清潔不能有剩余鉆井液及其他污物。

③粘附盤表面要求光滑且無(wú)油污，使用前必須用清水沖洗干凈，然后小心擦干，不能用油性和粗糙的物品擦洗粘附盤表面。然后將粘附盤安裝在鉆井液杯蓋上。④在鉆井液杯的濾網(wǎng)上，按順序放好濾紙、橡膠圈和尼龍圈，用U型扳手將濾網(wǎng)壓圈壓在尼龍圈上并旋緊。⑤將下連通閥桿旋入鉆井液杯底部螺孔內(nèi)擰緊。⑥使鉆井液杯底部四孔對(duì)準(zhǔn)支架四個(gè)銷釘，將杯放在支架的杯座上。⑦取攪拌好的鉆井液試樣倒入鉆井液杯內(nèi)至刻度線處。安裝杯蓋并用加壓桿和勾頭扳手旋緊。⑧在鉆井液杯蓋上安裝好上連通閥桿，輸氣膠管以及三通組件裝于上連通閥桿上，插入銷子使其固定，并關(guān)閉上連通閥桿和三通組件放氣閥。⑨調(diào)節(jié)調(diào)壓手柄使輸出壓力為3.5Mpa，打開上連通閥桿，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)1/4圈，使鉆井液杯內(nèi)壓力為3.5Mpa。⑩將25ml量筒置于下連通閥桿下方，然后逆時(shí)針打開下連通閥桿1/4圈開始計(jì)時(shí)。?濾失完畢，NF-1型用加壓桿扣住支架橫梁用力將粘附盤壓下，使粘附盤與杯內(nèi)濾餅粘實(shí)。?旋轉(zhuǎn)管匯調(diào)壓手柄調(diào)壓至所需壓力，在氣壓的作用下活塞將粘附盤壓下，與濾餅粘實(shí)保持一段時(shí)間。松開管匯調(diào)壓手柄，旋轉(zhuǎn)放氣閥桿，將氣壓筒內(nèi)的余氣放出，取下氣壓筒。?粘附盤與濾餅粘實(shí)后，關(guān)閉氣源總閥，待粘實(shí)5分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間后，首先將扭矩儀指針調(diào)至零位，使扭矩儀與粘附盤連接，用加壓桿卡與支架之間，握緊扭矩儀，慢慢用力，測(cè)量粘附盤與濾餅開始滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的最大扭矩值。一般情況下，每5分鐘用扭矩儀重復(fù)測(cè)量，直至扭矩值達(dá)到最大時(shí)為止。記錄扭矩值，測(cè)試完畢。圖4.6黏附系數(shù)儀表4.2粘附系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)序號(hào)名稱扭矩黏附系數(shù)f黏附系數(shù)降低率1基漿23.140.1952基漿+0.1%十二烷基苯磺酸鈉14.710.12436.25%3基漿+0.2%十二烷基苯磺酸鈉12.930.10943.97%4基漿+0.3%十二烷基苯磺酸鈉13.320.11242.28%5基漿+0.1%十六烷基三甲基氯化銨16.120.13630.14%6基漿+0.2%十六烷基三甲基氯化銨15.670.13232.09%7基漿+0.3%