┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊
您现在的位置： &&&&&&&&&&&&&&&文章内容
快捷导航：
钻孔桩施工工艺及质量事故分析及处理方法
来源：考试大&&日&&&【考试大：中国教育考试第一门户】&&
&&&&一、施工工艺技术 &&&&1、施工准备钻机进场后，应对钻机及相应机械进行检查维修，并进行运转调试。施工队伍要合理配置场地，做好桩机就位时的场地整理，钢筋棚的365JT规划设置工作。陆地桩采用推土机配合人工平整场地、清除杂物。水中桩则打入木桩搭设水中平台，或采用围堰的方法。钢筋加工场地高出地面10cm以上，并且地面要求硬化处理，成型钢筋笼架空放置，高出地面20cm以上。并准备数根木桩，用来护桩。相应的探孔器、测绳等也应逐步落实就位。 &&&&2、测量定位采用全站仪进行放样。放样完成后采用换复测和拉距（纵、横向）检查的办法反复定测，确保正确无误，然后设置十字型护桩。完成放样后填写施工放样报验单报请驻地监理组测量工程师进行复测检查。注意在埋设护桩时必须用水泥砂浆（或砼）包裹，并标识明确，钻机就位前认真核对桩位。 &&&&3、钻孔准备埋设护筒：&护筒采用钢护筒，壁厚在６mm以上，陆地桩护筒埋置深度在2m以上，水中桩护筒刃脚插入粘土中，深度不小于2m.护筒埋设水平偏差小于5cm，竖直倾斜不大于1%.在护筒四个方向对称设置定位钢筋，以检测钢筋笼是否偏位，同时护筒底部和四周所填粘质土必须分层夯实，护筒高度宜高出地面0.3m，若在水中，则应高出最高水位1.5m.泥浆的制备：泥浆由粘土和水拌和而成，必要时掺入一定比例的外加剂，使制备的泥浆满足以下列指标：比重1.2~1.05，粘&度16~22秒，含砂率8~4%.在桥旁设置制浆池、沉淀池，并用循环槽连接。制浆池的尺寸可以根据桩径大小、桩长的长短来灵活的制备。 &&&&4、钻机就位安装钻机时，要求转盘中心同钻架上的起吊滑车在同一垂直线上，钻杆位置偏差不得大于2cm.安装钻机底座应支垫平稳，以防钻机倾斜或位移。钻机就位后，其护筒底标高及转盘标高必须由项目部现场分管技术员亲自测量，并对测绳进行标验。在钻机就位后，应把相应的钻机铭牌、所施工的桩号、日期、负责人等填写完善，挂在钻机旁。 &&&&5、钻孔开钻准备工作完成后，经监理工程师对钻机位置、水平度、垂直度及钢筋笼等检验合格后，方可进行开钻。开始钻孔时，应稍提钻杆，在护筒内旋转造浆，开动泥浆泵进行循环，待泥浆均匀后，以低档、慢速开始钻机，使护筒脚处有牢固的泥浆护壁。钻至护筒脚下100厘米后，方可按土质情况以正常速度钻进。钻进过程中应经常注意土层变化，每进尺2m，或在土层变化处应捞取渣样，判断土层，记入钻孔记录表并与地质剖面图核对。 &&&&6、清孔钻孔达到图纸规定深度后，开始清孔。 &&&&采用换浆法清孔。将钻头提离孔底10～20cm空转，以中速压入比重1.10～1.20的纯泥浆，把钻孔内的浮渣较多的泥浆换出，直至达到清孔的要求后，方可拆除钻杆，并用探孔器进行孔位和垂直度检测。探孔器采用外径等于钻孔桩钢筋笼直径加10cm（但不大于钻头直径），长度不小于4-6D（D为桩径）米的钢筋笼吊入。清孔结束后，沉淀厚度应符合图纸要求。如图纸无要求时，对于直径Q1.5m的桩，沉淀厚度Q300mm；对于直径&1.5m&或桩长&40m或土质较差的桩，沉淀厚度Q500mm，&&&&&含砂率小于等于2%，比重在1.03～1.10，粘度17～20s. &&&&7、钢筋骨架制作与安装钢筋笼在加工场地加工成型并经监理工程师检查合格后，运至现场后用16T吊车或浮吊吊入孔内。钢筋主筋搭接焊时须先弯曲后焊接，两根钢筋轴线必须在一条直线上。钢筋笼一般分2-4节，主筋接头处按错开接头面积50%考虑，错开净距大于30d且不小于50cm，采用双面焊，焊缝长5d.钢筋笼接长采用单面焊，焊缝长度作成10d+4cm，焊缝宽度为0.7d，但不小于10mm，深度为0.25d，但不小于4mm，并且焊缝饱满，表面无气孔、夹渣、裂纹、凹陷、焊瘤等不良现象。钢筋笼下好后，应检查其中心位置，并采取加固措施以防因浇注砼而移位，同时要求对钢筋笼采取防止上浮措施，钢筋笼位置偏差不大于2cm，标高偏差不大于±2cm.当需要预埋声测管时，声测管下端用钢板封底焊牢，并检查其是否密实，然后以平面夹角为120度用U型钢筋固定于钢筋笼上，在浇筑砼时，将其灌满清水，管口用塞子塞住。桩基底素砼中，声测管由图中钢筋N3固定，声测管接头处用Φ70mm的钢管焊接。 &&&&8、灌注水下混凝土水下混凝土灌注采用导管法。导管首次使用前要做闭水及抗拉试验，并对管节进行编号，入孔后居中，灌注首批混凝土时，导管下口至孔底的距离控制在250～400mm范围内，混凝土采用输送泵送入漏斗，并随即卸入导管直接浇注。同时以一台16t吊车配合钻架吊放、拆卸导管。 &&&&首批灌注混凝土的数量应保证导管初次埋置深度不小于1.0m.首灌砼的方量根据规范的公式算出。桩径为1.5m，&首批方量必须大于4.9方。采用拔球法灌注首批砼，在整个浇注过程中，导管在混凝土中埋深应控制在2～6m范围内。灌注过程中应经常用测深锤探测孔内混凝土面位置并及时调整导管埋深。当砼上升到365JT设计标高时，由于泥浆沉淀影响测绳无法测定砼面，及时用竹竿进行探测。为了确保桩顶质量，灌注的桩顶标高应比设计高出150cm以上，以保证桩顶混凝土强度。 &&&&9、钻孔灌注桩施工的注意事项当混凝土面接近钢筋骨架底部时，为防止钢筋骨架上浮，采取如下措施：①使导管保持稍大的埋深，放慢灌注速度，以减小混凝土的冲击力。 &&&&②当孔内混凝土面进入钢筋骨架4m以上时，提升导管至骨架底2m位置，恢复正常灌注速度。 &&&&③当砼面接近设计标高时，要放慢浇筑速度，并上下抽动导管，使桩顶砼面密实，并保证其质量。 &&&&同时在施工中应加强安全、文明管理，避免在施工中出现安全事故、不文明事件发生。 &&&&二、钻孔桩事故分析与预防 &&&&钻孔桩施工中的各个环节不可忽视。在施工过程中由于对客观情况估计不足或地质情况有变化，钻孔过程中常常出现一些事故，现就这些事故产生的原因进行分析，提出浅显的预防措施。 &&&&1、&坍孔现象坍孔事故多发生在孔内，主要表现为孔内水位突然下降；孔口水面冒细密的水泡；出土量显著增加，没有进尺或进尺量很小；孔口突然变浅，钻头达不到原来的孔深；钻机负荷显著增加等等。 &&&&原因 &&&&（1）&护筒制作不符合要求，埋置护筒的方法不当，缺乏因地制宜、灵活的埋置方法。 &&&&（2）使用的泥浆不符合要求，粘土质量不符合标准或泥浆比重不足，起不到护壁的作用。 &&&&（3）孔内的水头高度不够，低于地下水位，致使孔内水位压强降低，造成坍孔。 &&&&（4在松散的砂层或粘性土的地质层，冲击速度快，忽视泥浆的密度，孔壁护壁不好，致使坍孔。 &&&&（5）在开始钻进时，冲程过大，由于机械的震动力，使护筒的底部或砂层坍塌。 &&&&（6）掏渣时，忽视向孔内注入泥浆或水掺粘土，掏渣后，；水位低于正常水头高度，地下水高于护筒水位，使护壁被水位压强破坏，造成坍孔。 &&&&（7）&在混凝土理入前，吊入钢筋骨架时，骨架偏位摆动碰坏孔壁造成坍孔。 &&&&（8）&清孔后放置时间过长，没及时浇入混凝土，而且没有采取预防措施，造成坍孔。 &&&&预防措施 &&&&（1）严格控制泥浆的比重、粘度、胶体率等各项指标，确保泥浆指标合格后，再进行钻进进尺。 &&&&（2）根据地质、机械、钻进方法和泥浆指标等实际因素，确定一个合理的钻进进度，进行钻进，以保证井孔的稳定性。 &&&&（3）严格控制孔内水头标高，确保孔壁处于一种负压状态。这一种情况，在水上施工的尤为量要，一般情况下，在砂层中钻孔，要使孔内的水头高出外面的水面2.5―3.0m为宜。 &&&&（4）保证护筒有足够的埋深，尽量让护简埋置在稳定的土层中。 &&&&（5）严禁将钻机与护简相连结，以防止由于振动引起孔口坍塌，造成大的塌孔事故。 &&&&（6）应根据地质情况合理地安排同一墩位处各钻孔桩的施工顺序，以防止邻近孔壁被扰动引起堪孔。 &&&&应对措施发生坍孔后，应立即查明坍孔处位置，分析地质情况，然后采取如下措施： &&&&（1）&坍孔发生在护筒底脚处，根据实际情况，可以立即拆除护筒，回填钻孔，重新埋设护筒后，再钻进；采用加长护筒，使护筒通过震动锤继续下沉，直至埋于坍孔位置以下，外围用黏土或装有黏土的草袋回填夯实，重钻时，控制好泥浆稠度和水头高度。（如图1） &&&&（2）&若坍孔位置较深，则可以由测深锤和实际的地质情况分析实际的坍孔程度，若不严重，则可以加大泥浆比重，继续钻进；若坍孔较为严重时，则应立即用砂或小砾石加黏土回填至坍孔以上位置，甚至将整个钻孔全部回填，暂停一段时间，使回填土沉积密实，水位稳定后，重新钻进，时刻注意不良现象的发生。 &&&&（3）&若回填重钻时，经采取以上措施仍连续、严重坍孔时，根据地质情况，可以用地质钻机钻至坍孔区进行压浆处理，从而防漏堵漏，重新钻进。 &&&&2&&斜孔和弯孔现象&&&&现场钻成的桩孔，垂直桩不垂直，或发生弯曲等不符合要求。 &&&&原因一是主观原因，在钻孔前没有对钻机进行严格的检查修理。机架安装不正，护简埋的不正；二是客观原因。钻孔中间地质有变化。如地层软硬不均匀，或钻机支撑点强度不均匀等，在钻孔过程中钻机摇摆都可导致上述现象。 &&&&三、检查方法 &&&&（1）仪器检测法。即用电子水平仪或检孔器进行孔径合倾斜度的检查。 &&&&（2）工地建议操作法。（如图2），在孔口沿钻孔直径方向设一标尺，标尺上O点合滑轮、钻孔中心线在一条垂线上，测绳一端连接一用钢筋弯制的圆球，直径略小于孔径，测绳另一端用刃拉着，将圆球慢慢放入孔中，观察测绳在标尺上的读数变化，即可了解孔的走向；（3）目测法。通过钻孔与钻孔中心的位置关系，判断是否发生弯孔。 &&&&预防和处理措施：第一，在施工中要严格按施工操作规程办事；第二，对钻机要进行严格的险查。安置钻机前要夯实支撑点地基，钻机安平后要严格校对钻孔中心轴线；第三，对地质变化情况要做到心中有数。如缩孔或不规则扩孔主要出现在地层变化处。如发生上述现象，应及时调整进钻速度，泥浆稠度；并应上下扫孔使钻机逐渐正位。第四，弯孔较严重时，如用旋转钻机，可提吊起钻机在弯孔处上下反复扫孔，使钻孔垂直。特别严重时，应回填砂黏土，冲击钻孔应回填砂黏土夹砂卵石或小片石至弯孔以上0.5m，待沉积或用低冲程冲击密实后，再钻进；第五，不得用冲击钻直接修孔，以免卡钻。 &&&&3&&护筒变形（失效） &&&&原因（1）由于护筒下孔内大面积坍孔，指使地层发生变化，从而使钢护筒下沉并倾斜，失去护筒作用；（2）由于地下障碍物或护筒内外压力差过大，使护筒局部变形、开裂、漏水，失去护筒作用。 &&&&应对措施（1）对于第一种情况，应将护筒拔除，然后回填重新埋设；（2）对于第二种情况，可根据护筒的长短、破坏的位置、破坏的程度不同，采取如下措施：a&如果变形的部位在钢护筒的底部，且长度不大，钢护筒不漏水，则可以让潜水员下水，用水下氧割的办法把已变形的部位割掉提出；b&如果变形的部位在钢护筒的上部，且距表土的深度在1m以内，钢护筒不漏水，则可以在钢护筒内打米字撑，抽水至变形部位，用千斤顶调整已变形的钢护筒；c&如果变形的部位在钢护筒的中部且漏水，则用千斤顶或卷扬机等其它提升设备，将整个钢护筒提出，查出原因，找到解决办法；d&套筒法。当长钢护筒破损失效后，为了防止护筒范围内的孔壁坍塌，或仍为了保持孔内水头高度，根据实际情况，先在旧护筒内或外加套一个孔径或小或更大的新护筒，然后再对旧护筒进行处理。 &&&&4&&钻孔漏浆、护筒冒水现象&&&&护筒外壁冒水，护筒刃脚或钻孔壁向孔内外漏泥浆。 采集者退散&&&&原因（1）埋设护筒时，回填土夯实不够，埋设太浅，护筒脚漏水；（2）护筒制作不良，接缝不密合或焊缝有砂眼等，造成接缝漏浆；（3）再透水性强的砂砾或流沙终，特别在有地下水流动的地层中进行钻进时，过稀的泥浆向孔壁外的损失很大。 &&&&应对措施（1）对于上述1、2两种情况，可以用黏土在护筒周围加固。若漏水严重，应挖出护筒，修理完善后重新钻进；（2）对于第三种情况，加稠泥浆或倒入黏土慢慢转动，或回填土掺卵、片石反复冲击护筒壁。 &&&&注意：应重视漏浆事故，严重的漏浆若不加处理，可引起坍孔。 &&&&5&&护筒下沉护筒下沉的原因在钻孔过程中，护筒突然下沉，造成孔内泥浆水头下降，低于施工工艺要求，钻孔无法正常进行。这种情况在水上钻孔施工中经常出现，其主要原因：护筒括打的太浅：加上江水的局部冲刷，使护筒的埋深减少；同时，护筒内的土被清除出来，内摩擦力急剧减少，仅靠护简的外摩擦力不足以承受护筒的自重，从而导致护筒下沉。 &&&&预防措施和处理办法（1）在插打钢护筒时，尽量将钢护筒埋得深一些，增加其稳定性和抵抗局部冲刷的能力。 &&&&（2）加快施工进度，缩短施工的周期，减少或者避免由于冲刷造成的影响。 &&&&（3）如果护筒的下沉量较少，可以通过提高泥浆比重和粘度的方法，改善泥浆指标后，继续钻孔。 &&&&6&&卡钻原因（1）用冲击钻施工时，出现梅花孔，冲击钻头被狭窄部位卡住；（2）坍孔、落石或工具掉进孔内，卡住钻头；（3）长护筒倾斜，下端为钻头冲击变形，同钻头卡在一起；（4）未及时焊补钻头，钻孔直径逐渐减小，而焊补超限，又用高冲程猛击，发生卡钻；（5）伸入孔内不大的探头石未被打碎，卡住冲击锥顶或锥脚；（6）下钻太猛，大绳松放太多，钻头碰撞在孔内倾倒，顶住孔壁。 &&&&应对措施事故发生后，应明确卡钻位置，查明该处的地质情况，同时应继续搅拌泥浆，以防沉淀埋钻。再根据实际不同情况，采取不同的措施；（1）当为梅花孔卡钻时，可松绳落钻然后再提钻，使钻头转一个角度（可用撬棍配合），有可能顺梅花孔提上来；（2）用小钻头冲击卡钻一边孔壁或钻头，使钻头松动后，再起吊；（3）探准障碍物的位置，收紧钻头大绳，可用冲、吸的办法，将卡钻处松动后再提出；（4）若地质情况较好（防止坍孔埋钻），用压缩空气管或高压水管下入孔内，对卡钻处适当冲射一段时间，使卡点松动后再提出；（5）用滑轮组或千斤顶强行提出。（如图3）注意：为避免拉断大绳，造成掉钻事故，应另备安全绳（钢丝绳）下入孔内套住钻头；将枕木垛远离孔口，以免压力过大而坍塌。
来源:考试大-
责编:sf&&&&&
暂无跟贴,欢迎您发表意见
结构工程师考试一周评论排行
1.&&评论97条
2.&&评论54条
3.&&评论18条
主讲：杨建伟
12345678910
12345678910
12345678910
12345678910
12345678910
12345678910
12345678910只需一步，快速开始
微信登录，快人一步
钻井液-泥浆在整个系统的循环走向，求甚解，跪求啊。。。。
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
由式（11-12）看出：单位渗滤面积的滤失量与泥皮的渗透率K、固相含量因素、滤失压差△P、渗滤时间t等因素的平方根成正比；与滤液粘度的平方根成反比。虽然式（4-12）是静态状况下的失水量关系式，但它能比较有效地反映影响失水的大部分因素，其数学推导过程确切，便于建立统一的衡量标准。
　关于动失水，主要是在静失水的基础上加入对泥皮冲刷的影响，由于模拟环境与各种井内复杂的动态情况存在差异，建立统一的解析模型比较困难。现在，国内外已有一些动失水衡量的理论正在不断发展。从对泥皮的动冲刷力考虑应该着重在两个问题上进行深入研究：（1）钻井液循环和钻具回转引起对泥皮的液动冲刷，特别注意流速场分布在泥皮界面处流速的大小和流态；（2）泥浆在泥皮界面上相对滑动的润滑性和粘滞阻力。
　从以上讨论中可以分析泥浆降失水的主要途径为：①平衡或减小井液与地层孔隙流体之间的压差；②选用优质造浆粘土和有关处理剂，增加水化膜厚度；③增加泥浆中粘土的含量；④选用能提高水溶液粘度的处理剂，增加泥浆滤液粘度；⑤加快在复杂地层段的钻进速度，减少井壁裸露时间；⑥减少钻井液循环对井壁的冲刷。
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
（四）泥浆失水量的测量
　 1、 静失水仪
　采用气压式失水仪（图11-15）。测试条件：压差7.1×105Pa，过滤断面45.3cm2，温度20～25℃。测量时连续测两个点（例如7.5min，30min），然后按计算，衡量泥浆的失水特性。
& & & & 图11-15
气压式失水仪
1-量杯；2-放水阀；
3-过滤板；4-泥浆杯；
5-放空阀旋扭；
6-放空阀；7-压力表；
8-减压阀；9-CO2气瓶；
10-气源总体端益
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
第二单元 泥浆材料用量计算
（1）泥浆总体积的计算。所需泥浆总量V是钻孔内泥浆量V1、地表循环净化系统泥浆量V2、漏失及其它损耗量V3的总和：
V=V1+V2+V3& & & & (11-13)
其中钻孔内泥浆量为： ．地表循环净化系统泥浆量为泥浆池、沉
淀池、循环槽和地面管汇的体积之和。漏失及其它损耗量，应根据实际情况确定。
　 （2）粘土粉用量计算
配制1m3体积的泥浆所需粘土重量q按以下过程推导计算：
& & & & (11-14)
式中： -粘土的比重，2.6～2.8； -泥浆的比重； -水的比重．
　 （3）配浆用水量计算
　 配制1m3体积的泥浆所需水量Vw为：
& & & & (11-15)
　 （4）增加比重加土（或重晶石）量的计算
配制加重泥浆时，加重1m3泥浆所需加重剂的重量W(Kg)为：
& & & & (11-16)
式中： -加重剂的比重； -加重泥浆的比重； -原浆的比重。
　 （5）降低泥浆比重所需加水量x（m3）
& & & & (11-17)
式中：V-原浆体积，(m3)； -原浆比重； -加水稀释后
的泥浆比重； -水的比重。
　（6）泥浆处理剂的用量计算
　总的来看，处理剂在泥浆中的加量较少，按体积含量计一般只占泥浆总体积的0.1%～1%。具体数值由不同的配方决定。值得注意的是要澄清处理剂的加量单位，粉剂一般是以单位体积泥浆中加入的重量来计，而液剂则是以单位体积泥浆中加入的体积量来计。在一些特殊情况下，还有以单位粘土粉重量中加入多少处理剂来计算。
第三单元 泥浆的配制
图11-19 立式泥浆搅拌机
1-输水管；2-工作轮；3-齿轮箱；4-轴承；5-传动轴；
6-伞齿轮；7-机架；8-搅拌轴；9-搅叶；10-搅拌桶
无论是井场制备或泥浆站集中制备供应各井场，制备泥浆的设备有两种：一是用泥浆搅拌机（卧式或立式的）；一是用水力搅拌。
　&&勘探岩心钻探用的泥浆搅拌机，卧式的容量一般为0.3～0.5m3；立式的一般为0.5～1m3（图11-19）。搅拌机速度一般为80～100r/min。
　&&使用粘土粉造浆时，最好采用水力搅拌器（图11-20）。粘土粉加入漏斗中，并利用水泵排出管的液流与粘土粉在混合器中混合，混合液在混合器中沿螺旋线上升至容器上部，输出泥浆。反复循环几次后，便可配得
所需性能的泥浆。
图11-20 泥浆水力搅拌器
1-漏斗；2-三通管；3-喷嘴；4-容器；5-钢板
为使泥浆有较好的性能，用粘土粉配得的泥浆最好在储浆池中陈化一天，然后放入循环系统中，由水泵送入孔内使用。
第五节砂、砾层中使用的泥浆
在砂层、砾石、卵石以及破碎带地层中钻进，成孔的难度很大。这类地层称为机械分散地层。
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
盐水泥浆的配制有两种情况：其一是先用淡水制备分散性泥浆，然后加盐转化为盐水泥浆；其二是直接用咸水或海水配制泥浆。前一种情况相当于盐侵后泥浆的处理，容易配制；后一种情况，由于膨润土和普通粘土在盐水中不易分散，故配浆困难。为此，对于用盐水或海水直接配浆，宜用抗盐粘土，如凹凸棒土，海泡土等。
& & 1. 由淡水泥浆转为盐水泥浆
& & 淡水泥浆中加入NaCl，随NaCl含量的增加，泥浆性能的变化如图4-20所示。由图看出①NaCl含量小于1%时泥浆粘度，切力和失水量的变化不大，属淡水泥浆的范围；②泥浆中含盐量大于1%时，粘度、切力和失水量随含盐量增大而迅速上升，当含盐量达某一值时（此值依粘土特性而定）、粘度、切力达到最大值；③含盐量超过某一值时，粘度和切力随含盐量的增加而下降，失水量则继续增大；④pH值随含盐的增加而逐渐下降。
　泥浆性能的这种变化，可用以前阐述的双电层原理解释。随着NaCl加入量的增加，泥浆中Na+增多，这样粘土吸附层中阳离子数目增多，由此ζ电位下降，扩散层厚度减小，泥浆由细分散向聚结方向转变，水化膜变薄，粘土颗粒间形成聚结结构，因而粘度、切力上升，由于聚结，水化膜变薄，自由水增多，失水量也上升。当NaCl超过某一值时如图11-20中为3%左右），粘土颗粒聚结明显，分散度下降，致使粘度切力下降，失水量继续上升。
图11-20 淡水泥浆加NaCl后的性能变化
1-粘度；2-切力；3-失水量；4-pH值（用5%丹宁酸钠处理的普通粘土泥浆）
由图11-20的泥浆性能变化看出，若配制NaCl含量1%～3%的盐水泥浆，则泥浆处理应着重于降粘度和切力，而配制含盐量大于3%的盐水泥浆，泥浆处理主要应降失水。
　 pH值下降的原因，是由于Na+从粘土中把氢离子和其他酸性离子交换下来的结果。
　由此，淡水泥浆加盐转为盐水泥浆的配制方法为：①粘土（加碱）预水化，制备淡水粘土悬浮液；②加有机处理剂处理，低盐泥浆主要加稀释剂，高盐泥浆主要加降失水剂；③加盐转为盐水泥浆，并用有机处理剂调节泥浆性能，如加CMC以降失水；④加NaOH以提高pH值到需要的范围；⑤钻进中，随盐的消耗（岩屑和孔壁吸附）需补加盐水溶液（含有机处理剂）。
　 2. 用咸水或海水直接配制泥浆
& & 由于普通粘土在咸水中分散效果差，故粘土悬浮液的失水量大，泥浆易失去稳定性，这不符合钻井要求。最好采用抗盐粘土配制盐水浆。凹凸棒土、坡缕蒿土这些抗盐粘土的原理在本章第一节中已作过介绍。与膨润土比较，抗盐粘土虽然在淡水中的造浆率较低，但在盐水中的造浆率却较高。例如膨润土（山东高阳）在淡水中的造浆率为15m3/t，而在饱和盐水中却只有6.7m3/t；凹凸棒土（江苏盱眙）在淡水中的造浆率虽然仅为10m3/t，而在饱和盐水中的造浆率竟有14～19m3/t，在海水中的造浆率也有17.2m3/t。
第二单元 盐水泥浆举例
我国山东钾盐矿床钻探时，在930m至2500m处遇到白垩系石盐岩、钙芒硝夹泥质粉砂岩，石膏等地层；使用的饱和盐水混油乳化泥浆，其组成是：1m3泥浆中加CMC25kg，乳化剂OP型4.5kg，十二烷基磺酸钠4.5kg，皂脚10kg，洗衣粉2.5kg，NaCl325kg，柴油53kg，废机油5kg。泥浆性能为比重1.21，漏斗粘度34s，失水量4.4ml，泥皮0.3mm，塑性粘度21mPa•s，动切力2.75Pa，pH值8。
& & 另一深井钻厚层岩盐时，使用CMC-FCLS饱和盐水泥浆，其组成为纯碱1.5%，FCLS1.5%，烧碱（1/5浓度）0.3%，中粘CMC2%。泥浆性能是：比重1.40～1.41，漏斗粘度30～50s，失水量3.5～4ml，泥皮厚0.5mm，pH值9～10，维护时将各种处理剂的混合液与食盐一起加入，混合液的配比是：丹宁:烧碱:CMC:FCLS:纯碱:水=8:16:10:40:10:100。
第七节 硬岩钻进用泥浆
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
第一节 复杂地层分类
地层是由各种造岩矿物以不同集合形式组成，矿物的成分、性质和结构构造决定了各种类型岩层的物理、力学性质，如岩石的强度、硬度、弹塑性、脆性、水溶性和水化性等。钻进过程中出现的各种复杂情况与岩石性质密切相关。另外，岩层在形成过程中或形成以后，在扭转、挤压、风化、搬运、沉积、溶蚀等内、外动力地质作用下，形成松散层、破碎带、孔隙环境、裂隙环境以及溶隙性环境，也是钻进过程中经常遇到的各种复杂情况。根据复杂地层的成因类型、性质和状态及其在钻进过程中可能出现的情况，可将复杂地层分类如表12-1所示。
表12-1 复杂地层综合分类表
地 层 分 类& & & & 成 因 类 型& & & & 典 型 地 层& & & & 复 杂 情 况
各种盐类地层& & & & 水溶性地层& & & & 盐岩、钾盐、光卤石、芒硝、天然碱、石膏& & & & 钻孔超径，污染泥浆，孔壁掉块，坍塌
各种粘土、泥岩、页岩& & & & 水敏性地层（溶胀分散地层、水化剥落地层）& & & & 松散粘土层、各种泥岩、软页岩，有裂隙的硬页岩，粘土胶结及水溶矿物胶结的地层& & & & 膨胀缩径，泥浆增稠，钻头泥包，孔壁表面剥落，崩解垮塌超径
流砂、砂砾、松散破碎地层& & & & 松散的孔隙性地层，风化裂隙发育地层，未胶结的构造破碎带& & & & 流砂层，砂砾石层，基岩风化层，断层破碎带& & & & 漏水，涌水，涌砂，孔壁垮塌，钻孔超径
裂隙地层& & & & 构造裂隙地层，成岩裂隙地层& & & & 节理、断层发育地层& & & & 漏水，涌水，掉块，坍塌
岩溶地层& & & & 溶隙地层& & & & 溶隙、溶洞发育地层（石膏，石灰岩，白云岩，大理岩）& & & & 漏水，涌水，坍塌
高压油、气、水地层& & & & 封闭的储油、气、水的孔隙型地层，裂隙及溶隙地层& & & & 储油、气、水的背斜构造，逆掩断层的封闭构造& & & & 井喷及其带来的一切不良后果
高温地层& & & & 岩浆活动带与放射性矿物有关地层& & & & 地热井、超深井所遇到的地层& & & & 泥浆处理剂失效，地层不稳定，H2S造成危害
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
它等于流体的静液柱压力，即：
& & & & (12-4)
式中：γ--流体比重；H--流体静液柱高度，m。
　 在一些特殊情况下，还经常会遇到异常的地层孔隙压力，如异常高压或异常低压。
第二单元 井壁单元体应力状态
以垂直井为例，在地层垂向压力、地层侧向压力和井中静液柱压力的作用下，近井壁地层中某一点（图12-1）的应力状态可由弹性力学厚壁筒理论解得：
图12-1 地层厚壁筒模型示意图
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
也可依莫尔圆理论，用图形方法求得相应的结果。
图12-2 摩尔应力圆图解
图12-2是莫尔圆图形方法示例。以对象地层岩土的单轴抗拉强度σbt和单轴抗压强度σbc为直径作外切圆（图中的两个实线圆）和公切直线L；以两圆的切点为应力原点0，将井壁单元的最大主应力σ1和最小主应力σ3在σ轴上标出；以σ1-σ3为直径，（σ1+σ3）/2为圆心作井壁单元莫尔圆（图中的虚线圆），若虚线圆超出了公切直线L，则井壁失稳破坏，否则井壁稳定。
第三节 井眼漏涌水的研究、测试
第一单元 井眼漏涌水影响因素分析
井眼中的液体向地层中漏失或地层向井眼中涌水，从根本上看是压力不平衡的表现。当井眼中的流体压力与地层孔隙流体压力不相等时，漏失或涌水这种渗透现象就有可能发生。同时，地层的空隙性和流体的粘性对渗透的程度也起到重要影响作用。压力平衡和流体粘度可以人为进行控制，而地层的空隙性则是客观的存在。
　地层的空隙分为孔隙、裂隙和溶隙。这些空隙多互相贯通，成为液体的流动通道。与之相应的地层为孔隙地层、裂隙地层和岩溶地层以及各种空隙相互穿插共存的混合地层。相应地，反映地层空隙性的参数指标分别为：
　 孔隙率--岩石中孔隙的体积与岩石总体积之比。又细分为绝对孔隙率和有效孔隙率，前者含全部孔隙，后者仅含相互贯通的孔隙。
　 裂隙率--裂隙体积与岩石总体积之比。又细分为体积裂隙率、面积裂隙率、线性裂隙率、裂隙密度、裂隙张开程度等。
　 岩溶率--岩溶体积与岩石总体积之比。有体积岩溶率、面积岩溶率和线性岩溶率之分。
　与空隙性紧密相关的是地层渗透性。关于地层渗透性的基本原理在第二章中已做过详细介绍，其中两个重要指标是渗透率k和渗透系数K。以达西渗透定理微分方程为基础，可以从理论上解析推导出水平辐射状渗透条件下钻井井眼漏、涌的计算公式：
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
二)岩心和岩粉的观测
　岩心的资料是最直观地反映地下岩层特征的第一性资料，通过对岩心的分析研究可以了解地层的倾角、接触关系、孔隙、裂隙、溶洞及断层的发育情况，通过岩心采取率可以评价岩石的破碎程度，间接判断岩石的透水性及含水层的厚度。因为钻孔漏失通常都发生在含水层中，特别是含裂隙和溶洞的地层，所以要特别注意岩心裂隙的观察和描述。这项工作对及时发现漏失并间接了解漏失通道的大致尺寸，有时是很有用的。例如钻进风化裂隙岩层时，由于裂隙对岩体的分割使采取岩心很困难。如果能注意收集岩屑和岩粉并及时地进行观察研究，就可以对漏失层作出正确的判断并提出合理的治漏措施。另一方面，还可以通过岩屑颗粒的大小间接判断漏失通道的尺寸。因为漏失通道的尺寸大于岩屑的尺寸时，冲洗液中就不会含有岩屑。
　因为石油钻井多采用无岩心钻进，所以对岩屑录井非常重视。井场通过对岩屑的观察和分析研究，可以得到很多地层和油、气、水层的信息资料。可以根据岩屑的粒度组成来评价漏失通道的张开量，在双目镜下挑出所有裂隙和溶洞充填物，用面积法估计裂隙和溶洞中岩屑在全部岩屑中所占的比例，得出裂隙和溶洞发育系数和张开系数等。
　 (三)钻井液性质变化及消耗量的观测
　钻井液的性质在现场主要指颜色、稠度、比重、含砂量等，它们的变化通常能反映孔底的岩石性质。如果遇到含水层时，冲洗液比重和稠度可能降低，在砂、砾石含水层中钻进时，可使冲洗液含砂量增加。因而必须经常注意对冲洗液性质变化的观测，以便即时采取防止漏失的措施。
　钻进中冲洗液消耗量的非正常变化，最能说明岩层透水性的变化。在隔水层钻进时冲洗液消耗甚微。而当遇到含水层并发生漏失时，冲洗液消耗量就可能突然增加。所以要特别注意观测冲洗液突然大量漏失时单位时间的消耗量(漏失强度)。如果漏失严重，孔内不返水时，则应尽快观测孔内水位高度。必要时应提钻观测含水漏失层的静止水位，并通过向孔内定量注水，测量不同时间的动水位变化数据，按动静水位差及漏失强度初步计算该地层的渗透性。
　在能维持正常循环时的漏失条件下，应该在每次提升钻具后和下降钻具前各测一次孔内水位并记录两次测量的间隔时间。停钻期间，每隔1～4h测量一次水位，钻进时应按时测量记录冲洗液的增添量和消耗量。
　总之，对钻孔漏失应观察收集下列资料：①钻孔漏失起止时间、井深、层位、钻头位置，②冲洗液单位时间的漏失量和漏失的总量；③漏失前后及漏失过程中泥浆性能的变化；④孔内是否有返出物，返出量及返出特点；⑤孔内静止水位及动水位的变化情况。如已进行堵漏，还应了解堵漏时间、堵漏物质、堵漏数量及方法，堵漏前后孔内液柱变化情况，⑥堵漏前后的钻进情况，以及泵量和泵压的变化情况。此外，还应记录漏失原因的分析及处理效果的分析。
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
(四)涌水现象的观测
　钻孔涌水时往往伴随有孔壁坍塌、涌砂，钻具陷落等现象出现，这时应立即观测其发生的起止深度，并接长孔口管或压力表，测量其水头高度和单位时间的涌水量，以及水的温度。
第三单元 研究漏失层的物探方法
物探方法是勘探地壳上层岩石构造与寻找有用矿产的重要技术手段之一。常用的方法有电法测井、放射性测井、声波测井、温度测井和钻孔技术测井等。对研究地下含水层和钻孔漏失都很有用。
　 (一)视电阻率测井
　所谓视电阻率测井，就是沿井身测量各点的视电阻率变化曲线。根据所用电极不同又分为普通视电极系测井、微电极系测井和井液电阻率测井。
视电阻率测井曲线(图12-3)可用于划分钻孔地质剖面，确定含水层的位置、厚度和孔隙度。因为孔隙、裂隙和溶隙的存在对坚硬岩石的电阻率影响很大，当空隙中充满不同矿化度的水时，它们的电阻率会降低很多。
图12-3 视电阻率测井曲线
　&&　当一定类型的岩石孔隙中完全被地层水饱和时，则多孔岩石的电阻率ρ1与孔隙中水的电阻率ρo的比值ρ可以看作是孔隙度m的函数，即：
& & & & (12-15)
式中：ρ--相对电阻率； a2--与岩性有关的比例系数，按岩性在0.6～1.5间变化； np--孔隙度指数，与岩石结构和胶结程度有关，其值为1.5～3.0。
　 (二)放射性测井
　放射性测井又称核测井，它是利用元素的核物理特性而进行工作的一种井中物探方法。其特点：①核性质一般不受温度、压力、化学性质等因素的影响，因而它能更本质地反映岩石的性质；②γ射线和中子流具有较强的穿透能力，它不仅能在裸眼井中使用，也能在下有套管的钻孔中应用。同时，对干孔或有泥浆的孔中均可应用。目前常用的方法有：自然伽玛法（γ）、伽玛一伽玛法(γ-γ)，中子-中子法(n-n)和中子-伽玛法(n-γ)以及放射性同
位素法等。典型的示例见图12-4和图12-5。
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
图12-4 用γ一γ曲线确定岩层孔隙度实例& & & & 图 12-5 用n-n曲线确定含水层
1-粘土; 2-砾石; 3-砂; 4-泥岩
　 (三)声波测井
　利用声波在岩石中的传播速度、幅度和反射特性研究钻井剖面的方法称为声波测井。由于通常使用的声波频率约为20000Hz，故又称超声波测井。目前常用的方法有以下几种：一是按声波速度研究岩石性质的声波速度测井，二是按声波幅度的衰减反映岩性的声波幅度测井，三是利用声波在孔壁上的反射特性研究孔壁结构情况的声波电视测井。
　声速测井仪常采用单发射双接收井下仪器[图（12-6）a]，当声波由声波发射器发出后，经由泥浆射向孔壁时，一部分透过孔壁射向地层(透射波)，一部分反射回来(反射波)，其中以临界角入射的一部分，则在孔壁上产生滑行波，另外还有一部分直接沿泥浆传播称为直达波。声速测井主要是记录滑行波通过厚度等于仪器间距的一段地层所需要的时间Δts，单位为μs／m。习惯上把声波在岩层中走过lm所需要的时间(μs)称做旅行时间。显然，各种岩石均有自己的波速特性，因而声速测井曲线可用于划分岩性剖面图12-6（a）、（b）。
(a) 　　　　　　　　　(b)　　　　　　　　　(c)
图12-6 声速测井原理与应用示意图
(a)T-声发射器；R1、R2-声纳接收器；L-源距；l-间距；△t-时差
(b)1-粘土；2-砂；3-泥岩；4-砂岩；5-砾岩
(c)井径变化时在砂岩上下界面造成声波时差曲线的异常
　岩石中的声波是通过固体颗粒(岩石骨架)和孔隙中的液体进行传播的，实验证明，声波通过岩石的时间等于通过固体颗粒和孔隙内液体时间之和，若m为岩石的孔隙度，则：
& & & & (12-16)
式中： --声波在岩石中的旅行时间； --声波在岩石孔隙液体中的旅行时间； --声波在岩石骨架中的旅行时间。令a= - ，b= ，则：
& & & & (12-17)
当岩石骨架成分和孔隙内液体性质确定后，△tf和△tm均为常数，因而上式为一直线方程，它说明了孔隙度与时差的关系。即可以从实测的声速时差曲线上直接读出△ts值，然后利用上式计算出岩石的孔隙度m值。
　 (四)温度测井
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
第三单元 页岩稳定性钻井模拟试验
图12-8 压力室内页岩试样示意图
　&&图12-8所示为模拟孔内压力、温度和循环条件而设计的实验室装置。利用这个装置开展对页岩等遇水不稳定性的研究。岩心试样用格伦劳斯(Glen Rose)C级页岩浆滤去水分而制成。页岩浆是由2250g的地面页岩用750ml海水均化而成，并在31MPa压力下压实，成为水分含量占9%的岩心。压实以后，切成水分含量相等的100mm的岩心试样。在试样中钻出直径为25.4mm、深度为76mm的孔眼，然后将试样用密封圈和环氧涂层固定好，以控制孔隙压力、井眼中泥浆压力和覆盖重量产生的上覆压力。试验液体在65.6℃下通过在岩心内钻孔循环6h，覆盖压力和泥浆循环压力都是20.7MPa,孔隙压力是1.72MPa。随后停止加热和循环，使泥浆和孔隙压力达到与大气压相平衡，而将试样留在泥浆中16～18h。然后将试样切成两半，用来检验模拟井眼条件时各种液体对页岩稳定性的影响。
第四单元 页岩稳定性指标(SSI)的试验方法
SSI试验的基本原理是采用了测量岩心侵蚀(或膨胀)量D值，以及测量可塑性固体的针入度Hf(Hf表示物体硬度和受力产生塑性流动变形能力的大小)，用来表示人造或天然页岩岩心遇水膨胀和剥落的特征和大小。
　页岩浆液是用七份干的格伦劳斯C级页岩粉和三份人造海水混合配成的。配制岩心试样时用一个特殊的活塞与标准的高温高压失水仪压滤室相配合，把页岩浆液中的水挤出来，260g页岩接受7MPa的压力差作用2h，就配成坚固的岩心试样，然后打开压滤室，推出坚实的岩心这个重新组成的岩心放入允许岩心有些过量的圆柱形钢杯中，然后用9MPa的负荷将岩心挤入杯中，再用一个标准的油脂针入度仪(Grease Penetrometer)量测其表面硬度。杯子和压好的岩心被固定在瓶罩内，并浸入包含各种试测溶液的品脱瓶中。岩心试样在65.6℃下暴露在试验溶液中16h，并用低速滚动以模拟冲洗液对岩心的冲蚀影响。然后将瓶冷却，试样试验结束。
　 利用下式计算不同溶液中的页岩稳定性指标(SSI)：
& & & & (12-19)
式中：Hi-针入度仪的初始读数，mm； Hf--浸泡后针入度仪读数，mm；D--由针入度仪测得的膨胀值或侵蚀值，mm。
第五单元 英苏林(Ensulin)液体吸收仪
用英苏林(Ensulin)液体吸收仪测量页岩岩屑的膨胀性，建立相应的数学模式，然后用方程中的参数对页岩的本质进行分析和评价，提出页岩分类新方法，以解决控制页岩稳定的有关问题。
图12-9 英苏林(Ensulin)膨胀仪
　英苏林膨胀仪(图12-9)的试验程序如下：将页岩粉末或碎屑放入样品杯内的多孔玻璃片上，系统内充满电解质溶液，使样品杯内液面维持在能润湿玻璃片上的滤纸。关B阀，开A阀，样品杯与带刻度的移液管相通，记录页岩吸水时间和移液管内被吸收的液体量。移液管内液体吸出太多时，打开B阀补充溶液。
由于页岩在双对数坐标上呈线性关系，因而描述页岩膨胀的方程式可表达为：
& & & & (12-20)
式中：MT--时间t内被吸附的液体量，g/g； Mi--截距，瞬时吸附的液体量，g/g;； N--斜率，水化速度，每分钟每克页岩吸附液体的克数。
液体吸附规律与页岩的膨胀性相对应，截距Mi是页岩吸附液体前的吸附状态近似值，它与粘土和水的含量以及压实程度有关。液体吸附达到平衡状态所需时间是相当长的，一般不必进行测量，但任何时间t内吸附液体产生的膨胀量，能用下列方程式来计算：
& & & & (12-21)
式(12-20)在双对数坐标上表示的是线性关系。
使用英苏林膨胀仪也可以研究化学处理剂对页岩的液体吸附性能的影响。
第六单元 毛细管吸收时间(Capillary Suction Time-CST)仪
图12-10 CST装置原理图
1-过滤漏斗；2-滤纸； 3-电机；4-浆液
　&&作为分析、评价和提出页岩分类新方法的另一仪器是CST装置图12-10，它用来测定页岩的分散性。CST装置由过滤漏斗(直径约2.54cm、高5～6cm的不锈钢圆筒)、标准孔隙度滤纸、计时器及与之相连的电极组成。电极距漏斗边缘分别为0.5cm、1.0cm和1.5cm。
　 CST装置进行页岩分散试验程序如下：将15%的100目页岩浆液在恒速下剪切不同的时间，漏斗置于标准滤纸上，滤纸覆盖带电极的试验板。取5ml搅拌好的浆液倒入漏斗中，测定浆液在滤纸上流动0.5cm距离所需的时间。同一试验至少应进行三次，其误差不超过3%～5%。
　为了评价不同电解质对页岩的作用，制备CST试验样品时，要求用蒸馏水冲洗页岩岩屑，直至水中无氯离子存在为止，然后再将岩屑烘干。
图12-11 三种页岩的CST分散性试验曲线
　&&图12-11所示为三种页岩的CST分散性试验曲线。图中CST值与剪切时间呈线性关系，因此，页岩分散性方程可表达为:
& & & & (12-22)
式中:y--浆液渗透0.5cm举例所需的时间s；m1--斜率,表示页岩在溶液中的分散速度；x--剪切时间,s；B--截距,表示瞬时细分散的胶体粒子量(初分散)
第五节 水泥护壁堵漏
第一单元 堵漏对水泥性能的要求
水泥是一种良好的胶凝材料，不仅在建筑行业广泛使用，而且早在20世纪40年代钻井工程中就已经开始用水泥护壁堵漏了。用水泥进行护壁堵漏是将水泥浆注入钻孔内，并使其进入所封堵和护壁的孔段漏失层裂隙、孔洞的坍塌部位，利用水泥浆的凝固硬化作用，将其堵塞并与岩层胶结为一整体。水泥还可作为钻井封孔、止水、固井、防喷、加固基础等。由于水泥具有货源广、成本低、无毒、使用方便、利于孔内灌注等优点，目前仍然被广泛用作钻井护壁堵漏的固结材料。本节重点讨论水泥在钻井护壁堵漏中的应用。
　当钻井遇到卵砾石层、破碎带、大裂隙、溶洞、厚砂层，用泥浆难以护壁堵漏时，即应采用水泥等固结材料进行护壁堵漏。这时，在工艺上需要停止钻进，从井内提出钻具，再向井内灌注水泥浆材，待水泥浆材渗挤、充填到地层空隙中并凝固复杂层段后，再重新下入钻具扫孔钻进成井。因此，与泥浆随钻护壁堵漏相比，水泥护壁堵漏在工序上增加了专门灌注、候凝固结和重新扫孔时间。
　（1）护壁堵漏灌注水泥最常用的方法是用水泵通过钻杆将水泥浆液输送到井底，然后水泥浆液在井底能够有效地渗入地层的孔裂隙中。这就要求水泥浆液在这一阶段具有良好的流动性。
　（2）普通建筑用硅酸盐水泥的候凝固结时间很长，如要达到它们的最终强度往往需要10d以上，这么长的停待时间对钻井工作来说是难以接受的，因此希望能够尽量缩短水泥的候凝固结时间（如1～2d，甚至更短）。
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
工具等；⑤尽可能选用复合外加剂。
　 (二)快硬早强水泥
　 快硬早强水泥按其矿物组分，一般可分为四类：
　 1. 硅酸盐类
　水泥熟料以硅酸钙为主要组分，可通过调整矿物的相对含量，如提高C3S和C3A的含量，提高水泥的粉磨细度等，可获得快凝早强性能。目前，国内已能大量生产，并列入国家标准的有高级水泥、快硬水泥和特快硬水泥三种。这三种水泥都具有较高的早期强度，可以选用。实际生产中，欲获得快凝早强性能，也可选用高标号625硅酸盐水泥。
　 2. 铝酸盐类
　 水泥熟料是以铝酸一钙为主要组分，由于铝酸一钙的水化速度较快，因此，具有较高的早期强度。目前列入正式产品的有矾土水泥。
　以上两类快硬早强水泥，一天强度虽较高，但小时强度还是不高，且凝结时间较慢，它们的特点是只快硬不快凝。对于硅酸盐水泥和铝酸盐水泥，要求有较高的小时强度还难于满足，为此，只有配合使用促凝早强剂来达到。
　 3. 硫铝酸盐类
　是以硫铝酸钙(C4A3)和硅酸二钙(βC2S)为主要组分，其早期强度较高，是一种以小时计的快凝快硬即&双快&水泥。目前已研制成功用并于生产的有：硫铝酸盐水泥(亦称地勘水泥)和硫铝酸盐超早强水泥，B1水泥等。
　 4、氟铝酸盐类
　是以氟铝酸钙(C11A7F)和硅酸钙C3S(或C2S)为主要组分，其早期强度可以小时计，亦为快凝快硬水泥。目前已研制成功的有双快型砂水泥，双快抢修水泥等，专门供铸造型砂粘结，机场跑道抢修以及国防军工用。
　 (三)油井水泥、地热水泥
　油井水泥专用于油井、气井等固井工程，又称堵塞水泥。石油地质勘探和开采钻井过程随着井深的增加，井底温度和压力相应也不断增加。实践表明，每增100m，井内温度约提高3℃，压力增加10～30×101325Pa。油井水泥的性能要求是：在井内温度和压力条件下，水泥浆在注入过程中能具有一定的流动性、可泵性和合适的稠化时间；水泥浆注入井内后应能较快凝结，并在短期内具有一定的强度；硬化后的水泥面应有良好的稳定性和抗渗性；在高压气、油井固井，应具有合适的比重等。根据油井固井的要求和不同井深温度条件的需要，我国的油井水泥已形成系列，并将油井水泥分为普通油井水泥和高温油井水泥。
由于不同油井水泥适应不同温度和深度要求，根据国家标准GB 202-78规定为：
　　　　45℃油井水泥 　　　　　　适用井深在1500m以内
　　　　75℃油井水泥　　　　　　 适用井深在m
　　　　95℃油井水泥 　　　　　　适用井深在m
　以上三个品种称普通油井水泥或称中深井水泥。对于温度在120℃左右到180℃，井深在m，可用高温油井水泥。温度为120℃的油井水泥国内已有定型产品。
　 现将常用的两种油井水泥的性能介绍如下：
　 1. 普通油井水泥
　普通油井水泥是以适当矿物组成的硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细混均而成。但用于45℃、75℃和95℃油井水泥的熟料，其矿物组成有较大的区别。45℃油井水泥，由于适用的温度不高，凝结不快，为了达到具有较高早期强度的目的，可以调整熟料中C3S、C4A的相对含量(提高C3S含量，相应降低C3A含量)。用于75℃的油井水泥，由于井内温度升高而使凝结加快。因此，应进一步降低熟料中快凝组分C3A的含量(一般要求降至5%以下)，而且C3S含量亦不宜过分提高。有时为了延缓凝结时间，粉磨时将水泥磨得稍粗些，以减慢其水化速度，延缓凝结时间。对于95℃油井水泥，由于使用温度更高，凝结更快，则宜选用不含有铝酸盐的贝利特熟料。这种熟料以C3S为主要成分，不含C3A。其矿物组成为C3S18.3%、C2S60.6%、C3AF15.6%、C2F1.87%。试验证明：在高温高压下的水泥强度会随着C2S含量的增加而显著提高。因此，贝利特熟料加适量石膏磨制成的水泥，具有较好的热稳定性。由此分析可见，调整矿物组成可获得性能不同、用途各异的水泥。C3A含量多少是影响油井水泥凝结快慢和适用温度的重要因素。C3S含量则是决定油井水泥强度的关键。
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
2. 高温油井水泥
　高温油井水泥又称深井水泥，一般适用于井深m的油井固井。对高温油井，由于温度高，必须用专有的高温油井水泥。高温油井水泥是以贝利特熟料为基础，再加入20%～25%石英砂组成。这种水泥能够在温度为150℃～200℃，压力为400～800×101325Pa下，仍具有较高的强度和良好的热稳定性。其原因是由于石英砂在高温、高压下可以形成C-S-H(Ⅱ)类低碱性水化硅酸钙的缘故，有利于高温高压下强度的提高。
　为了适用在6000m以上的所谓超深井的油井固井，可以使用矿渣砂质水泥、石灰砂质水泥、赤泥砂质水泥、石灰火山灰水泥等无熟料水泥。这类水泥在高温、高压条件下可以形成以低碱性水化硅酸钙为主要组成的水泥石。
　地热井的钻井与油井有相近之处，但两者之间存在着地层温度的不同，导致井内温度变化很大。也就是说，油井中自然地热梯度大体上每100m约升温3℃；而地热井由于受高温岩浆的影响，温度梯度变化异常，井内温度高达200℃以上，有时甚至200℃～360℃；压力高达500×101325Pa。此外，地热区大都处在火山地带，经常要受到硫化氢和亚硫酸气体的影响，有时还会显出较强的酸性。鉴于上述特点，用普通油井水泥显然不能满足要求。因为普通油井水泥只适用于100℃左右的条件，温度升高将导致水泥石的强度降低而失效。地热井的开发与利用，需要有特殊性能的地热水泥，即要求不仅具有高的耐温性，而且还具有一定的耐酸性。通常采用二氧化硅含量较高的硅石粉来提高抗温性，对耐酸问题，一方面可减少水泥矿物熟料C3A的含量来提高抗硫酸盐侵蚀能力；另一方面在高温高压下，因Ca(OH)3能与SO2作用，故使水泥中不含Ca(OH)2也可使水泥耐酸性提高。
　 (四)低比重水泥
　在油井的固井工程和地质钻探的护壁堵漏中，由于地下地质情况复杂：有些为严重的漏失层；地下水活动的地层；大型溶洞地层以及低压油气层等等。为了在施工过程中防止出现水泥浆的流失，或者因水泥浆比重过大而存在压漏地层，或者因浆液堵塞低压油气层等问题，研制低比重水泥、超轻水泥、泡沫水泥，显然具有现实意义。
　 目前，降低水泥浆比重通常有以下三种方法：
　 (1)在水泥中加入高保水材料，增大水灰比如加搬土、硅藻土、膨胀珍珠岩和低比重材料如粉煤灰、火山灰、硬沥青等代替水泥。它们具有成本低、使用方便、材料来源广等特点。但是，在低温下强度过低，高温下强度退化严重，比重只能降至1.4g/cm3左右。
　 (2)用空心玻璃微珠或陶瓷球作低密度固相材料 由于球内空心充满气体，比重很小，仅为0. 5～0.7g/cm3，将它混入水泥能配出低比重水泥浆。其优点是配水泥浆所需水量远比前者用水量少，故在低温下它的水泥石强度较高，其成本略比前者要高。
　 (3)用充气泡沫水泥浆它可将水泥浆比重降至0.42～1.68，并在该范围内任意变化调节，这是最大的优点。同时，在相同的比重下其流动性好、强度高，是目前国内外关注的最好的方法。
第三单元 灌注水泥的准备工作
(1)利用多种探测方法摸清井内复杂地层的类型、位置、构造特征、岩性特点、漏失层结构及漏失程度、含水层情况以及涌水程度、井内地层的温度，确定灌注孔深、浆液用量、灌注方法。
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
(2)根据灌注方法和要求，选用合适的水泥品种和外加剂，并进行室内水泥性能试验，确定水灰比、外加剂量的合理配方。
　水泥性能试验是确保安全灌注、高质量护壁堵漏的关键，同样的水泥在不同的外界环境下所表现出来的性能差异很大。必须尽可能模拟井内和现场条件，充分考虑灌注水泥浆的实际操作过程，以水泥浆的流动性、凝结时间、达到的可靠固结强度和所对应的时间为主要指标，进行改变水灰比和外加剂的多种配方的试验，从中遴选出理想配方。所谓理想配方，至少应能满足以下4条基本要求：
　 ① 灌注阶段水泥浆流动性好，一方面能够有效地渗入近井壁的地层中；另一方面在钻杆中的流动阻力小，从地面向井底泵送得动。
　 ② 从配成水泥浆到开始发生凝结有足够的安全时间，确保灌注结束直到把钻杆全部提出地表并清洗完泵注设备后水泥浆才开始凝结。
　 ③ 水泥浆经过自动凝结固化，能够达到可护壁堵漏的强度。
　 ④ 水泥成浆至达到可护壁堵漏强度的时间尽可能短。通过试验，能够确定可以重新透孔的时间。
　 (3)灌注前应准备好并检查灌注系统各部件(动力、水泵管线、钻具、灌注器等)的工作可靠性，避免和消除灌注过程中的各种故障。
　 (4)进行灌注浆量、替水量的计算，确保所用材料(水、水泥、外加剂等)配剂够用。
　 (5) 孔内准备
　 ①通过分析、判断，确定封堵孔段位置。
　 ②进行扫孔、冲孔，保证孔底和充填孔段清洁干净，需中部灌浆应做好架桥工作。
　 ③丈量钻具，校正孔深。
　 ④测定孔内静、动水位。
第四单元 钻井水泥浆灌注工艺
向孔内灌注水泥的方法有水泵灌注法、灌注器灌注法、孔口灌注法及干料投放法等。
　 1. 水泵灌注法
　水泵灌注法是最常用的方法，它是通过钻杆将水泥浆用水泵压入孔内漏失或坍塌的岩层，以达到护堵的目的。此方法适用于灌浆量大，不受钻孔深度限制的水泥灌注。在钻孔中部只要架桥后也可适用。用此方法还可实现加压灌注。利用水泵灌注法施工简便，无需特珠设备和工具，但对水泥浆要求流动性好，易于泵送。
水泵灌注法的操作过程为：堵漏时，钻具下到预定深度距孔底约0.3～0.5m左右时，先泵入清水以检查钻杆内部确实畅通良好时，即可泵入配好的水泥浆。将水泵莲蓬头放入水泥浆桶内即泵送水泥浆。不论堵漏或护壁，刚开泵时应先打开水泵回水管，将吸水管及水泵中的清水排出，喷浆后再打开三通将水泥浆送入孔内。待泵吸水泥浆过程完后，立即将莲蓬头放入准备好的替浆水桶中，开泵替浆。为了使孔底返流均匀，替浆时可适当慢转钻具。
图12-12 灌注水泥示意图
替浆的压力量应根据孔内水位高低，以达到孔内液柱压力平衡为原则，可按下式进行估计计算：
& & & & (12-23)
式中： --替水泥浆所需压水量，kg； L--钻杆柱长度，m； l--孔内静水位离孔口高度，m；q--每米钻杆内容积，L； --地面管线及水泵容积；K--压水系数，浅孔取0.9、深孔取0.95。
　根据上式计算，当孔内无水或水位很低时，压水量达到机上钻杆后（约60～80L），即应停泵，然后拆开机上钻杆，靠钻杆内外液柱压力差，使水泥浆继续沿钻杆内下降，并从钻具底部返出钻杆外，直至钻杆内外压力达到平衡为止。
　当水位很高或返水孔，则压水量接近于钻具内容积加上地面管线容积乘以压水系数，可以
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
当用普通水泥时，需加水玻璃来调节可堵期（表12-5）。
表12-5 普通水泥树脂水泥球配方表
工程师, 积分 3494, 距离下一级还需 2506 积分
阅读权限90
配&&方& & & & 可堵期（h）& & & & 养护强度（kg/cm2/h）
普通水泥(g)& & & & 脲醛树脂(g)& & & & 水(ml）& & & & 酒石酸(g）& & & & & & & & 4h& & & & 6h& & & & 8h& & & & 10h& & & & 12h& & & & 24h
100& & & & 23& & & & 20& & & & 8& & & & 6∶00-8∶00& & & & -& & & & 1-2& & & & 2-7& & & & 5-10& & & & 6-10& & & & 10-20
100& & & & 23& & & & 20& & & & 10& & & & 5∶00-6∶00& & & & 0-5& & & & 3-9& & & & 5-10& & & & 6-12& & & & 7-14& & & & 12-35
100& & & & 23& & & & 20& & & & 12& & & & 2∶00-3∶00& & & & 5-8& & & & 8-10& & & & 10-15& & & & 11-20& & & & 15-25& & & & 25-45
100& & & & 23& & & & 20& & & & 14& & & & 1∶30-2∶30& & & & 6-14& & & & 10-18& & & & 12-25& & & & 15-30& & & & 18-45& & & & 30-85
100& & & & 23& & & & 20& & & & 16& & & & 0∶30-1∶00& & & & 10-15& & & & 12-20& & & & 15-30& & & & 18-35& & & & 25-50& & & & 50-90
工程师, 积分 4569, 距离下一级还需 1431 积分
阅读权限90
果然是好贴，这个要顶
正式员工, 积分 519, 距离下一级还需 481 积分
阅读权限50
mei kandong
试用期员工, 积分 289, 距离下一级还需 211 积分
阅读权限30
不解释 直接看图&&下载放大 能看清楚的。。
这个图很好啊
正式员工, 积分 548, 距离下一级还需 452 积分
阅读权限50
学习了，值得参考
Powered by