一、问答题1. 泥浆化学处理的目的和内容是什么?
对泥浆进行化学处理,是为了使泥浆性能适应各种地层的钻进要求。泥浆处理工作包括配制新泥浆时的初步处理,使其性能符合钻进要求;其次是钻进过程中对泥浆做补充处理,调整泥浆的性能。调整泥浆的性能,主要包括:降低泥浆失水量;增加或降低泥浆黏度和切力;增加或降低泥浆比重;增加润滑性和防卡减阻;调节pH值等处理工作。科学地运用化学处理剂来改善和控制泥浆性能,是顺利钻进复杂地层,实现优质高速钻进的重要措施。
2. 乳化泥浆的优点是什么?
乳化泥浆的优点是:
(1)乳化泥浆性能稳定,泥皮薄而坚韧,失水量小,有利于防止坍塌,保持孔壁稳定;
(2)对钻具有减磨作用,使小口径金刚石钻进可开高钻速,并能减少岩芯堵塞和卡钻,提高钻进效率;
(3)混油后的乳化浆比重降低,对防止轻微漏失有利。
3. 泥浆泵的分类有哪些?
泥浆泵分单作用和双作用两种型式,单作用式在活塞往复运动的一个循环中仅完成一次吸排水动作。而双作用式每往复一次完成两次吸排水动作。若按泵的缸数分类,有单缸、双缸及二缸3种型式。
4. 什么叫泵的效率?公式是什么?
泵的效率(η)是指泵的有效功率(Pe)和轴功率(P)之比。η=Pe/P泵的功率通常指输入功率,即原动机传到泵轴上的功率,故又称轴功率。
有效功率是指泵的扬程和质量流量及重力加速度的乘积。
5. 什么是泵的全性能测试台?
泵的全性能测试台指能通过精密仪器准确测试出泵的全部性能参数的设备。国家标准精度为B级。流量用精密涡轮流量计测定;扬程用精密压力表测定;吸程用精密真空表测定;功率用精密轴功率机测定;转速用转速表测定。
6. 泥浆的性能指标有哪些?
泥浆的性能指标主要用黏度、比重、含砂量、失水量、泥皮、pH值、胶体率和稳定性这几种指标来衡量泥浆的好坏。
7. 矿井排水井钻探中,怎样巧妙利用泥浆的性能特性来克服钻进不利因素?
在矿井排水井钻探中,可以巧妙利用泥浆的性能特性克服钻进不利因素:
(1)利用泥浆柱静压力平衡井壁地层侧压力,防止坍孔掉块,减少孔内事故;
(2)利用泥浆在钻进中形成的薄韧泥皮,封隔地层与井壁通道,以防涌水漏水;
(3)利用泥浆失水性小的功能,防止泥浆失水渗入井壁,制止黏土层、软岩层、煤层等吸水膨胀缩径。
8. 什么叫做泥浆的失水性、造壁能?
孔内泥浆在压力差的作用下,泥浆中的自由水透过地层的裂隙或孔隙而丢失,这种现象叫泥浆失水;在一定条件下失水的多少叫失水量。在泥浆失水的同时,黏土颗粒被阻滞在孔壁形成一层泥皮,泥浆在孔壁上形成泥皮的能力叫造壁能。
9. 什么叫做泥浆的失水?
泥浆在孔内循环时由于孔壁岩石有一定的孔隙度,加之泥浆中有大量的自由水,而泥浆中的部分自由水因受压力差作用被迫渗透到地层里去,这种现象叫做泥浆的失水。
10. 钻孔护壁堵漏常用水泥有哪些?
钻孔护壁堵漏常用水泥有硫铝酸盐地质勘探水泥、油井水泥、快硬硅酸盐水泥、矾土水泥和硅酸盐膨胀水泥。
11. 泥浆泵在钻探中的作用是什么?
泥浆泵在钻探中的作用是把冲洗液送入孔底内,以冷却钻头、清洗孔底,排出岩粉、岩屑,反循环钻进中还可以输送岩芯、保护孔壁、润滑钻具等,以保证正常钻进。
二、分析说明题1. 在使用泥浆泵过程中为什么要对施工机械进行保养与维修,又如何保养与维修?请分析说明。
泥浆泵在使用中会不断地磨损老化,出现故障再所难免。这样既增加了工程的投入,又降低了生产效率。对机械进行定时的保养与维修可以减慢老化速度,减少故障的发生。
施工部门应当有专门的维修人员,负责对施工机械的保养和维修。定期对机械进行检查、维护,及早发现问题并予以解决,避免造成停工。泥浆中泥沙颗粒的大小对泥浆泵的磨损是不同的,泥沙颗粒越大损坏力就越强。施工时应注意泥沙颗粒的大小,颗粒大时就要经常检查泥浆泵的易损部件,及时维修或更换。泥浆泵的易损坏部件主要是泵壳、轴承、叶轮等。采用先进的抗磨措施,提高易损部件的使用寿命,可降低工程的投入,提高生产效率。同时应常备易损零部件,以备及时更换。
2. 往复式泥浆泵有什么优、缺点?请分析说明。
往复式泥浆泵的优点:它是一种容积式泵,能够较好地满足钻探工作的要求,具有多种变量方法,变量范围较大。
往复式泥浆泵的缺点:它的结构较复杂,质量和体积较大,易损件多,流量和压力的脉动大。
3. 泥浆净化孔底的作用是什么?请分析说明。
泥浆净化孔底作用:在钻进中由于钻头不断破碎岩石,产生大量岩屑、岩粉混入泥浆中,若不及时清除,会增加泥浆的固相含量和比重、黏度,从而破坏泥浆的性能,对钻进工艺有害。使用泥浆洗井的目的之一,是将钻进过程中产生的岩粉不断的冲出孔外,防止岩粉在孔底堆积,影响钻进效率和埋钻事故的发生,这就要求泥浆具有一定输送能力和悬浮岩粉能力。
4. 操作泥浆泵应注意哪些事项?请分析说明。
操作泥浆泵应注意:
(1)开泵后应注意泵的旋转方向是否正确;
(2)把卸荷阀完全打开,才能结合离合器,使泵处于空载启动,泵运转时不得有碰撞声;
(3)根据钻进需要改变泵量时,必须操纵离合器使动力脱开,然后才能变挡,以免损坏齿轮和变速装置;
(4)泵运转正常后,应经常注意吸排水情况及压力表指示是否正常,通常应在泵额定压力的80%以下,在最高压力下工作的连续时间不应超过1h;
(5)注意池内冲洗液面位置的升降情况,及时补充冲洗液,防止系统进入空气;
(6)停泵时先将卸荷阀打开,使泵处于空载后停车;
(7)在冬季或寒冷地区,停泵1h以上必须将泵内冲洗液放尽,以免冻坏机体。
5. 什么是泵的汽蚀、汽蚀溃灭现象?分析说明其产生原因及危害。
液体在一定温度下,降低压力至该温度下的汽化压力时,液体便产生气泡。把这种产生气泡的现象称为汽蚀。汽蚀时产生的气泡,流动到高压处时,其体积减小以致破灭。这种由于压力上升气泡消失在液体中的现象称为汽蚀溃灭。
产生原因及危害:泵在运转中,若其过流部分的局部区域(通常是叶轮叶片进口稍后的某处)因为某种原因,抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时,液体便在该处开始汽化,产生大量蒸汽,形成气泡,当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时,气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。在气泡凝结破裂的同时,液体质点以很高的速度填充空穴,在此瞬间产生很强烈的水击作用,并以很高的冲击频率打击金属表面,冲击应力可达几百至几千个大气压,冲击频率可达每秒几万次,严重时会将壁厚击穿。
6. 什么是离心泵的性能曲线,它有什么重要性?请分析说明。
通常把表示主要性能参数之间关系的曲线称为离心泵的性能曲线或特性曲线。实质上,离心泵性能曲线是液体在泵内运动规律的外部表现形式,通过实测求得。特性曲线包括:流量—扬程曲线(Q—H),流量—效率曲线(Q—η),流量—功率曲线(Q—N),流量—汽蚀余量曲线[Q—(NPSH)r],性能曲线作用是泵的任意的流量点,都可以在曲线上找出一组与其相对的扬程、功率、效率和汽蚀余量值,这一组参数称为工作状态,简称工况或工况点。离心泵最高效率点的工况称为最佳工况点,最佳工况点一般为设计工况点。一般离心泵的额定参数即设计工况点和最佳工况点相重合或很接近。在实践选效率区间运行,既节能,又能保证泵正常工作,因此了解泵的性能参数相当重要。
7. 为什么说泥浆是影响钻速、保证安全钻进的最重要因素?请分析说明。
因为在所有的钻探参数中,泥浆是最独立的变量,泥浆种类、性能和改变对钻头破碎岩石、钻压、转速等各钻进变量都会产生影响。从相对意义上讲,在钻进过程中泥浆可以影响到岩石的可钻性,钻孔岩粉的排除,孔底清洁程度以及孔壁的稳定性等。
8. 泥浆的相对密度对钻进工作有何影响?请分析说明。
泥浆的相对密度对钻进工作的影响:在正常情况下应尽可能降低泥浆相对密度,有利于提高机械转速;当钻孔漏失时,亦应尽可能降低泥浆相对密度,以防止或减轻泥浆漏失。提高泥浆相对密度,可以平衡孔壁侧压力,保持孔壁稳定,对顺利通过松散、破碎、容易坍塌的地层是十分必要的。
三、论述题1. 如何提高泥浆泵的生产效率?
可以提高泥浆泵生产效率的方法有以下几种:
(1)设备的选择
设备选择的恰当与否直接关系着施工是否能够顺利进行。合适的设备不但可以提高生产效率,而且能够减少机械资源的浪费,降低工程投入。
现在的泥浆泵种类较多,选用时应首先根据工程量的大小、排距的远近和土质级别选择施工方法,确定施工方法后,在无网电的情况下,根据发电机组的功率,再选择泥浆泵的型号。
(2)管道的铺设
管道是泥浆泵输出泥浆的通道,直接与泥浆泵或加压泵相连接。如果管道铺设不当,就会造成流速慢、漏浆、堵塞等情况,严重时管道要拆除重装,造成施工无法正常进行,加大工程的投入。管道铺设的质量高低,直接影响工程的效率。
铺设管道一般应就地铺设,尽量做到短而顺直,避免障碍物和死弯儿,以减少阻力。管道接头处要用螺丝拧紧,受力均匀。
(3)施工方法
根据不同施工环境选择不同的施工方法,在排距较近时直接用泥浆泵施工。在排距较远的情况下,可用几台小泵和一台加力泵组合使用。施工时尽量抬高集浆池的高度,充分利用小泥浆泵的扬程。加力泵配合泥浆泵使用时,应利用最优的搭配减少机械能的浪费。
2. 试述泥浆泵常见故障、产生原因及排除方法。
泥浆泵故障1:泵不吸水。
原因:灌注引水不够、泵内空气无法排出、吸水管漏气、前衬板与叶轮间隙大。
解决方法:继续灌注引水、检查管路是否漏气、调节叶轮与前衬板间隙。
泥浆泵故障2:泵上水慢。
原因:前衬板与叶轮间隙大、出水管道不能封住空气、排空满。
解决方法:调节间隙、调节出水管道、安装抽真空装置。
泥浆泵故障3:出水压力小、流量小。
原因:泵内有空气、叶轮与前衬板间隙大、离合器闭合不紧、叶轮或衬板磨损。
解决方法:排空泵内气体、调节间隙、调节离合器摩擦片间隙、更换叶轮或衬板。
泥浆泵故障4:水泵振动。
原因:泵轴与柴油机(或电机)不同心、叶轮不平衡、轴承损坏。
解决方法:调节同心度、叶轮作平衡测试、更换轴承。
泥浆泵故障5:叶轮轴颈磨损快。
原因:高压水泵扬程低、盘根错位、泵轴与后盖不同心。
解决方法:更换高于泥浆泵扬程的高压泵、更换盘根、调节同心度。
泥浆泵故障6:泵磨损快。
原因:施工环境(颗粒大)差、输送距离远、进水管路长。
解决方法:更换沙场、添加加力机组、缩短进水管长度减小汽蚀。
3. 当泥浆指标不能满足要求时,需要加泥浆处理剂进行调整,常用处理方法及配制比例有哪些?
(1)常用的处理方法可以用纯碱(Na2CO3)处理:可提高黏度,降低含砂量和失水量,加碱量可以用实验确定。一般可加入调制泥浆所用黏土质量的0.5%~1%。
(2)加重剂处理:可提高密度,常用加重剂为重晶石粉(BaSO4),其量可按公式求得。
(3)丹宁碱液(NaT)处理:可降低失水量、静切力和黏度。用丹宁酸加烧碱配置成丹宁碱液,然后加入泥浆内,加入量以泥浆体积的2%~5%为宜。
(4)羧甲基纤维素钠(CMC)处理:可提高黏度和胶体率,减少失水量,并可使井壁泥皮变薄。加入量以泥浆体积的4%为宜。
(5)聚丙稀酰胺(PHP)处理:可增加絮凝作用,降低失水量和提高黏度。PHP加入量:砂类地层可在1m3泥浆中,加入浓度为1%的PHP 5~12kg;砾卵石类地层可在1m3泥浆中,加入浓度为1%的PHP溶液30~50kg。
4. 常用泥浆有哪几种?
常用泥浆的种类有:
(1)细分散泥浆。由淡水、黏土和一般处理剂(主要为分散及降失水)配制而成的普通泥浆。一般是利用当地黏土和水配制原浆,用加量为黏土量0.5%~2%的纯碱进行处理,加纯碱目的是除黏土中的部分钙离子从而把钙土变成钠土。加入纯碱后泥浆黏度大,失水量小、胶体体率高、稳定性强;但值得注意的是,纯碱加入过量时,则失水量增大;同时有些黏土还需要加入少量烧碱才能将钙土变成钠土。
(2)低固相泥浆与不分散低固相泥浆。泥浆中固相含量小于10%的泥浆,称之为低固相泥浆,其特点是相对密度低,可减少钻具回转摩擦阻力、泵压损失、漏失和提高钻速。钻进中会不断产生岩屑,因此常用水解聚丙烯酰胺(水解度30%左右的PHP)等选择性絮凝剂配合机械净化法除去岩屑,不让它们分散于泥浆中,从而保持较低的固相含量(小于4%,相对密度1.06以下、失水量低于10mL、泥皮厚小于0.5mm、pH值7~8.5间),称不分散低固相泥浆。
(3)无固相冲洗液。冲洗液中没有黏土固相,即配制泥浆时不加入黏土。其优点是不用黏土,比重低而有利于提高钻速,在注水泥时因无泥皮也有利于水泥与孔壁的联结,而当提高钙量后,也有利于抑制黏土质岩层的水化膨胀。岩心钻探常用聚丙烯酰胺冲洗液和水解聚丙烯酰胺——水玻璃配制成的无固相冲洗液。常用配方是:往水中加水解聚丙烯酰胺(水解度20%~30%)200×10-6,水玻璃8%,皂化油0.3%,所得冲洗液的性能为:黏度16Pa·s、相对密度1.02、pH值10~10.5。最基本的配方是:清水中(1m3)加入水解度30%的PHP(500~2000)×10-6即可。采用无固相冲洗液时井口要配有性能良好的除泥除砂装置。
5. 试述复杂地层的分类及分别采用的护孔措施。
(1)复杂地层分类
常分为漏火地层与不稳定地层两大类,其中漏失地层又分为孔隙类地层、裂隙类地层、洞穴类地层;不稳定地层包括力学不稳定地层(松散地层,破碎带,承压水、油、气地层)和物理化学不稳定地层(水敏性地层、易溶地层)。
(2)复杂地层的护壁措施
孔隙类地层:中小型裂隙采用高黏、高切泥浆钻进;大容量型还可考虑惰性材料充填、化学浆液堵漏和套管隔离;大厚度型用泡沫泥浆钻进、化学快速注浆堵漏和孔底局部反循环钻进。
裂隙类地层:以水泥注浆堵漏和套管隔离为主。
洞穴类地层:中小型用惰性材料充填和套管隔离;大容量型可采用惰性材料充填后注浆或人工造壁后堵漏;大厚度型采用孔底局部反循环钻进和套管隔离。
松散地层(如流砂层、破碎带等):其表现为岩石结构松散,孔壁极不稳定,孔壁受钻杆柱震动冲打,液柱压力小于地层压力时掉块、坍塌,冲洗液渗漏,起下钻受阻。对这类地层主要采用优质泥浆钻进,以防漏、防塌为主,必要时泥浆做增黏、加重处理,同时要保证孔内液柱压力,另外也可在钻穿后用套管隔离的办法。在承压水、气、油地层,地下承压层压力大于液柱压力,从钻孔内涌出,引起孔壁坍塌,可采用加重泥浆并保持孔内液柱,钻穿后用套管隔离的办法。
水敏性地层:地层因吸水而引起膨胀或松散,进而造成缩径或超径,严重时导致孔内各类事故发生,这类地层用优质泥浆护壁,以降低失水为主。
6. 泥浆泵使用注意事项有哪些?
泥浆泵使用注意事项包括:
(1)泥浆泵开机前,检查进水管、出水管是否有堵塞,前后轴承是否加注黄油,检查盘根是否充满;
(2)泥浆泵工作时应配备高压清水泵,将大于泥浆泵压力的清水输向防漏填料,对填料进行防护,泵工作时不得关闭冲洗泵,否则,将使密封部分迅速磨损;
(3)叶轮与护板之间的间隙是否合理,对泥浆泵寿命影响很大,间隙不合理,则泵运转时产生振动和噪声,过流部件很快损坏,因此更换叶轮时,应注意使间隙满足图纸要求,间隙调整,可通过后轴承体上的调整螺钉来进行;
(4)水泵的允许吸程是在输送清水时测定的,在抽吸泥浆时应考虑泥浆对吸上能力的影响;
(5)装配、拆卸该泵时,应严格按照工艺流程进行操作;
(6)定期给轴前、后轴承室加注黄油。
7. 泥浆泵的维护保养包括哪些内容?
泥浆泵的维护保养包括:
(1)保持机体清洁,停泵一天以上或注完水泥以后,必须用清水将泵阀、缸套、泵头等处冲洗干净;
(2)定期检查各密封部位的状况,及时更换失效的密封件,改善密封性,防止漏油、漏水、漏气现象;
(3)调整安全阀工作压力使开启压力不大于7MPa,防止泵压过高损坏泵件;
(4)注意检查影响泵工作效率的缸套、活塞、吸排水阀和阀座等易损件的磨损情况,应及时更换或送修,以保证泵正常使用;
(5)经常检查泵工作时曲轴箱、离合器、变速箱等处的油温不大于30℃,轴承连续工作时的温升不大于50℃;
(6)按规定要求及部位加注润滑油(脂)。