泥浆混合:HDD中钻井液的科学

钻井泥浆,或钻井液，是一个关键的，但经常被忽视的因素的整体成功非开挖施工项目。错误的钻井泥浆有可能导致严重的问题，如frac-outs或井眼坍塌．正确的钻井液可以产生巨大的影响水平定向钻井(HDD)项目运行平稳、高效。

了解钻井液科学对于选择正确的添加剂和成功的项目是至关重要的。

钻井泥浆的作用是什么?

钻井泥浆是泵入硬盘的流体钻孔．它有几个功能，所有这些都有助于演习的成功:

• 冷却和润滑钻头．
• 暂停岩屑把它们从钻孔中取出来。
• 稳定井眼。

当钻头穿过地面时，会产生大量热量。钻头与途经的岩石、粘土或页岩之间的摩擦越大，产生的热量就越多。钻井液的存在减少了摩擦，并从切削刃上去除热量。

岩屑清除是硬盘处理过程的一部分。只有当钻井液在流出井眼时将岩屑保持悬浮状态，这才有可能实现。（R铅也:理解水平定向钻机的钻井液固相控制．）

每种类型的土壤都需要与地面特征相匹配的特定钻井液特性。因此，钻井液科学在选择合适的泥浆成分方面起着重要作用。

钻井泥浆通过在井壁上沉积沉积物来稳定井眼。错误的泥浆成分会导致液体冲破侧壁，导致压裂。这将导致HDD项目关闭，直到重新建立井眼完整性，从而浪费时间并增加项目成本。错误的成分也可能导致井眼坍塌，造成类似的后果。

伊利诺斯大学和伊利诺斯运输部的一项联合研究探讨了在特定应用中将硬盘作为一种建造方法的批准。这项研究强调了钻井液对HDD项目成功的重要性。

钻井泥浆里有什么?

钻井泥浆的主要成分是油(称为石油)合成基或低毒油基泥浆)或水。其他组件被添加到这个基础上，以实现所需的特性。主要的次要成分是膨润土这是一种在粘土层中发现的矿物质。正是膨润土在钻孔内壁上形成了一层蛋糕状的薄膜，使其稳定。（读也:膨润土与钻探泥浆在非开挖工程中的应用．）

当使用水基钻井泥浆，水质也会影响其性能。pH值应保持在8.5至9.5之间，钙含量应低于百万分之一(ppm)。

钻井泥浆的最后一种成分是添加剂。有几种添加剂，每一种都适用于不同的条件。聚阴离子纤维素(PAC)在沙子和鹅卵石中很常见。部分水解聚丙烯酰胺(PHPA)聚合物在活性粘土中比膨润土效果好。分子量较大的聚合物最适合于岩石土壤。

制作最佳混合物的科学原理

要找到适合任何项目的钻井泥浆混合物，首先要了解土壤条件。越彻底岩土工程调查所提出的HDD路径，就能更精确地确定理想的钻井泥浆配方。

虽然可以使用普通的钻井泥浆混合物来完成HDD项目，但这通常不是最有效的方法，而且可能导致压裂等主要问题。即使避免了压裂或井塌，该项目也可能需要更长的时间和更多的成本。

润滑不足会导致钻头损坏和效率低下。在某些情况下，它还会导致管道卡在井眼内。较差的悬浮特性会消耗更多的能量使钻井泥浆在系统中循环，从而减慢钻井的进度。

混合的顺序在钻井泥浆科学中也起着作用。在膨润土完全混合之前添加聚合物会导致成球。PAC聚合物优先于PHPA聚合物，干聚合物优先于液体聚合物．

钻井液科学不仅仅是化学，还包括土壤的物理特性。剪切模量决定了在增加压裂风险之前井内钻井液的最大压力。这一思想在一个纸可从国际土壤力学和岩土工程学会获得。（读也:工作角色:泥浆工程师．）

你需要多少钻井泥浆?

在系统中拥有合适的钻井泥浆体积也是HDD成功的一个关键参数。的下面介绍如何计算合适的钻井液量：

1.确定实际钻孔尺寸:D(不是管径)

• D(英寸)2 / 25 =加仑/英尺

2.确定液土比(加仑/英尺)

• 对于沙子，砾石，鹅卵石或岩石:1对1
• 黏土:2比1到6比1
• 活性页岩:10比1或20比1
  
  

3.确定杆的长度和泵的输出

4.所需钻井液量=(加仑/英尺×流体比×杆长)÷泵产量

在项目开始前进行这个简单的计算可以帮助进行估计和计划。

回收和处置钻井泥浆

HDD钻机上的钻井泥浆系统由一个混合料斗和液体罐。泵从储罐中吸取吸力，将钻井泥浆泵入井内。回流液通过筛管和水力旋流器清除岩屑，然后再被回收。

使用过的钻井液可能需要被运送到危险废物倾倒场，通常距离硬盘装置有一段距离。处理危险废物是昂贵的，并增加了HDD项目的成本。（读也:为什么废钻井液的妥善处理应该是非开挖规划的关键一步．）

研究研究钻井泥浆对植物的土地．这些研究产生了很有希望的结果，并提出了一种可以将运输和处置要求降到最低的理念。

结论

钻井泥浆是HDD项目成功的关键因素。错误的钻井泥浆科学会导致效率低下、工期延误和成本增加。它甚至可能导致压裂或坍塌，导致重大问题。另一方面，正确掌握钻井泥浆科学可以显著提高HDD钻机的性能，节省时间和金钱。

彻底的地质勘察是开发钻井泥浆配方的出发点。这些信息使工程师能够为这项工作选择正确的基础和最佳的添加剂组合。