adf系列泡沫劑研究與應(yīng)用-蘇長(zhǎng)壽

1、<p><b>　　ADF系列泡沫劑</b></p><p><b>　　的研究與應(yīng)用</b></p><p>　　中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局勘探技術(shù)研究所 </p><p><b>　　蘇長(zhǎng)壽 </b></p><p>　　地址: 河北省廊坊市金光道77號(hào)</p

2、><p>　　電話: 0316 2096344 13803227586 </p><p>　　http: cniet.com</p><p>　　Email: suchsh@heinfo.net</p><p>　　ADF系列泡沫劑的研究與應(yīng)用</p><p><b>　　一、概述&l

3、t;/b></p><p>　　ADF系列泡沫劑是原地礦部攻關(guān)項(xiàng)目“多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究”的專題子項(xiàng)目。ADF系列泡沫劑是無(wú)毒、無(wú)污染、可生物降解的復(fù)配型液體表面活性劑，其主要技術(shù)性能已達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品水平，獲地礦部科技進(jìn)步獎(jiǎng)。已廣泛應(yīng)用于地礦、石油、水利等部門，并應(yīng)用于非洲及東南亞地區(qū)的水井承包工程。經(jīng)過(guò)多年的推廣使用以及不斷的性能改進(jìn)，使之性能更加完善，現(xiàn)在已經(jīng)過(guò)外貿(mào)代理商成功地銷往東南亞地區(qū)。

4、</p><p>　　ADF泡沫劑主要分為三大類：空氣泡沫鉆進(jìn)泡沫劑；用于油氣田的泡沫劑（即化排劑）；GF-1氣田泡沫排水棒（即固體泡沫劑）。</p><p>　　泡沫鉆進(jìn)技術(shù)是空氣鉆進(jìn)技術(shù)向縱深發(fā)展的結(jié)果，它不僅擴(kuò)展了介質(zhì)密度范圍，而且成為空氣鉆進(jìn)衍生的重要配套工藝技術(shù)。泡沫流體的應(yīng)用，對(duì)解決和克服空氣循環(huán)所遇到的困難和問(wèn)題，對(duì)改善和提高空氣鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)變能力，有著十分重要的意義。泡沫流

5、體兼?zhèn)湟后w與氣體的良好性能，可增強(qiáng)洗井能力和洗井效果，具有稀釋、減阻、增浮、降壓、潤(rùn)滑等作用，可用于干旱缺水地區(qū)、低壓地層、漏失層和不穩(wěn)定地層的潮濕孔洗井和干風(fēng)防塵處理等。泡沫流體比熱低，故可用于鉆進(jìn)永凍層。特別適于西部干旱缺水地區(qū)的各類工程井施工及油田采油后期井。</p><p>　　空氣泡沫是低密度介質(zhì)，能降低液柱壓力，有利于提高鉆速；</p><p>　　空氣泡沫能有效冷卻鉆頭，排屑

6、干凈；</p><p>　　在水井、油、氣鉆進(jìn)遇低壓時(shí)，有利于保護(hù)產(chǎn)層，實(shí)現(xiàn)高速負(fù)壓鉆進(jìn)。在油井的漏失層沖洗井作業(yè)中，能實(shí)現(xiàn)快速?zèng)_砂，洗井干凈，有利于修井作業(yè)中，延長(zhǎng)沖砂周期；</p><p>　　二、泡沫流體的基本物理性質(zhì)</p><p>　　鉆進(jìn)流體以“液相”原則分類，有水基、油基和低密度的氣基。氣基鉆進(jìn)流體又可分為空氣（或天然氣）、霧化、泡沫和充氣泥漿。流體密

7、度范圍分類如圖1所示：（氣體和液體一樣，對(duì)侵入其中的物體都施加壓力，都沒(méi)有一定的形狀，而且都容易流動(dòng)，所以把它們統(tǒng)稱為流體。）</p><p>　　圖1 流體密度范圍分類表</p><p>　　泡沫流體：在空氣流中注入一定量的泡沫液，使介質(zhì)在循環(huán)中產(chǎn)生大量的穩(wěn)定泡沫，在氣液兩相介質(zhì)中，液體為連續(xù)相，氣體為非連續(xù)相。如在泡沫液中含有機(jī)物或坂土，則稱為膠汀泡沫或硬泡沫。泡沫流體可增強(qiáng)洗井能力和

8、洗井效果，它比霧化有較多優(yōu)點(diǎn)。泡沫鉆進(jìn)中多以陰離子表面活性劑，非離子表面活性劑或它們的復(fù)合劑作為泡沫劑。為改善泡沫流體性能，在泡沫劑的基礎(chǔ)上還可加入提高泡沫穩(wěn)定性的穩(wěn)定劑，防止腐蝕的抑蝕劑、潤(rùn)濕劑等。</p><p>　　由于在鉆進(jìn)過(guò)程中，泡沫形成的復(fù)雜性，它受到物理、化學(xué)以及技術(shù)因素的諸多影響，以致必須研究泡沫系統(tǒng)的性質(zhì)，如發(fā)泡能力、泡沫穩(wěn)定性、流變性、泡沫攜帶巖屑能力，熱物理性質(zhì)及潤(rùn)滑性等。</p>

9、;<p>　　1、發(fā)泡劑的發(fā)泡能力。這是在一定時(shí)間和一定條件下（溫度 、壓力等），由一定容積的表面活性劑溶液所形成的泡沫體積量或泡沫液高度。泡沫是氣相分散于液相中的分散體系，氣泡之間有液膜或泡壁）而不能彼此連通，泡沫劑產(chǎn)生的泡沫越多，發(fā)泡能力越強(qiáng)。評(píng)價(jià)這個(gè)指標(biāo)，可采用一系列方法。如振蕩法、打擊法、攪拌法、吹風(fēng)法、超聲波法、模擬法等。更精確的是用ASTM標(biāo)準(zhǔn)的羅氏米爾儀（ROSS—Miles）和API標(biāo)準(zhǔn)泡沫實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行測(cè)定

10、。</p><p>　　影響泡沫劑溶液發(fā)泡能力的因素是表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)、溶液濃度、溫度、表面張力及添加劑的類別等。陰離子表面活性劑與非離子表面活性劑復(fù)配的泡沫劑具有良好的起泡性能；表面活性劑的濃度只有在稍高于臨界膠束濃度時(shí)（即C、M、C值），才能充分顯示其作用，達(dá)到一定濃度范圍后，發(fā)泡能力不再繼續(xù)增長(zhǎng)，表面活性劑的臨界膠束一般在0.001－－0.2g分子/L，即0.02－0.4％；泡沫劑的發(fā)泡能力隨溫度上升而

11、增加，當(dāng)溫度較高時(shí)，發(fā)泡能力下降，這是由于液膜強(qiáng)度降低造成的；當(dāng)溶液含有鹽時(shí)，亦影響發(fā)泡能力。</p><p>　　2、泡沫穩(wěn)定性：表示泡沫壽命與泡沫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，其為保持泡沫總體積、分散組分與防止液體析出的能力。作為泡沫穩(wěn)定性的單位可采用泡沫總體積或它的一部分單獨(dú)成膜或發(fā)泡存在的時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)，測(cè)定穩(wěn)定性亦可用羅氏米爾儀。</p><p>　　欲得到溫定泡沫，對(duì)泡沫劑的要求是：</p>

12、;<p>　　1）降低表面張力：泡沫劑形成泡沫時(shí)，泡沫體系的面積必然增加，體系的自由能也隨之增加，從熱力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，這樣的特性是不穩(wěn)定的，泡沫易于破碎，要使體系穩(wěn)定，液－氣界面應(yīng)有低的表面張力；</p><p>　　2）在氣泡周圍形成堅(jiān)固的膜：僅降低體系的表面張力，尚不足于使泡沫穩(wěn)定，泡沫易于受到周圍外力影響，因此泡沫必須具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。從這一因素出發(fā)，泡沫劑分子應(yīng)是長(zhǎng)鏈形的，碳?xì)滏溤介L(zhǎng)，鏈間的

13、范德華吸力也越大，泡沫的機(jī)械強(qiáng)度也越高。有些物質(zhì)表面活性不大，但能形成牢固的泡沫，如羧甲基纖維素等。</p><p>　　3）要有適當(dāng)?shù)谋砻嬲扯龋簹馀蓍g的液膜受到兩種作用力，即地心吸引力于曲面壓力，其結(jié)果都促使氣泡間的液體析出，膜壁越來(lái)越薄而使氣泡破裂。如果泡沫液膜有較大粘度，液體就不易析出，但液體粘度過(guò)大又會(huì)防礙氣泡升至液面，因此對(duì)粘度的要求是液體的粘度要小，而膜的表面粘度要大。</p><

14、p>　　3、泡沫流體的流變性：泡沫流體的下列物理特性影響流變性。</p><p>　　1）內(nèi)相的氣體粘度；</p><p>　　2）外相的液體粘度；</p><p>　　3）氣相與液相的相對(duì)體積濃度；</p><p>　　4）表面活性劑的類型與泡沫的界面薄膜性質(zhì)；</p><p><b>　　5）電動(dòng)勢(shì)

15、；</b></p><p>　　6）泡沫大小分布等。</p><p>　　4、泡沫的攜帶巖削能力：鉆井液有效地輸送巖屑到地面的能力叫它的攜帶能力。由于固體顆?？偸且院愣ㄋ俣葟你@井液中沉淀出來(lái)，一般稱為最終沉降速度或下滑速度。任何顆粒的最終速度取決于許多因素，如流體的密度和流動(dòng)性質(zhì)、顆粒的體積、密度、形狀等。泡沫流體攜帶巖屑能力取決于泡沫的環(huán)空速度與流變性能，表面活性劑對(duì)巖屑的潤(rùn)

16、滑作用等。泡沫流體具有較強(qiáng)的攜帶巖屑能力，大約為水的幾倍。</p><p>　　此外泡沫流體中的表面活性物質(zhì)對(duì)巖屑的潤(rùn)濕作用，改變了巖屑的界面性質(zhì)，形成了吸附層，也提高了泡沫流體的攜帶巖屑能力。</p><p>　　5、熱物理性質(zhì)：泡沫流體是一個(gè)多相系統(tǒng)，計(jì)算泡沫系統(tǒng)的比熱應(yīng)視為多相不均勻系統(tǒng)中他們組分含量的累計(jì)比熱。目前確定熱傳導(dǎo)系數(shù)有一系列不同公式，泡沫流體由于有氣相存在而使它們的熱傳

17、導(dǎo)性降低。</p><p>　　6、潤(rùn)滑性：表面活性劑是泡沫流體的組分之一，在鉆進(jìn)過(guò)程中，表面活性劑吸附在鉆具與巖石上，從而降低摩擦而起到潤(rùn)滑作用，另外表面活性劑吸附在巖屑表面上而防止了它們結(jié)團(tuán)。泡沫流體的減振與潤(rùn)滑，為高轉(zhuǎn)速的金剛石泡沫鉆進(jìn)展示了良好的應(yīng)用前景。</p><p>　　ADF系列泡沫劑的基本性能</p><p>　　ADF-1、ADF-2與ADF-3

18、型泡沫劑均為復(fù)配型陰離子和非離子表面活性劑。近幾年來(lái)，ADF-3型泡沫劑，主要技術(shù)性能經(jīng)不斷的改進(jìn)、完善、抗高溫及穩(wěn)泡性都有很大的提高。見(jiàn)圖3示意。</p><p><b>　　圖3 泡沫劑照片</b></p><p><b>　　A技術(shù)性能指標(biāo)</b></p><p>　　B、GF-1氣田泡沫排水棒</p>

19、<p>　　GF-1氣田泡沫排水棒是以表面活性劑、穩(wěn)定劑及多種助劑按獨(dú)特工藝技術(shù)配制而成的復(fù)合型棒狀泡沫排水劑。它具有發(fā)泡能力強(qiáng)、泡沫穩(wěn)定性好、攜液量大、抗油、抗鹽、抗鈣、抗硫、抗高溫及溶解性好、與緩釋劑配伍性好，使用方便等特點(diǎn)。見(jiàn)圖4示意。 </p><p><b>　　圖4泡沫排水棒</b></p><p><b>　　

20、技術(shù)性能</b></p><p>　　三、空氣及泡沫攜屑的基本特性</p><p><b>　?。ㄒ唬┛諝獾奶匦裕?lt;/b></p><p>　　從氣體的物理特性來(lái)看，氣體與液體一樣對(duì)侵入其中的物體都施加壓力，都沒(méi)有一定的形狀，而且都喜歡流動(dòng)，所以把他們統(tǒng)稱為流體，同時(shí)共同遵循這些特性的規(guī)律，如確定流體浮力大小的阿基米德定律，表征流體

21、傳遞壓強(qiáng)的巴斯葛定律等。</p><p>　　但是由于氣體分子的分布和運(yùn)動(dòng)情況跟液體中的分子不一樣，因此氣體還有不同于液體的性質(zhì)，也有一些定律只適用于氣體而不適用于液體。對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)，壓強(qiáng)和溫度的變化，對(duì)它的體積有十分顯著的影響，氣體受熱時(shí)體積的膨脹要比液體大的多，同時(shí)壓強(qiáng)增加，體積就縮小，這說(shuō)明氣體的壓強(qiáng)、體積和溫度是密切聯(lián)系的。因此氣體的壓強(qiáng)、溫度和體積表明了氣體狀態(tài)，對(duì)一定質(zhì)量的氣體來(lái)說(shuō)，如果這三個(gè)量都不改

22、變，我們就說(shuō)氣體處于一定的狀態(tài)中，如果其中任何一個(gè)量改變，這時(shí)氣體的狀態(tài)就改變了。</p><p>　　具體來(lái)說(shuō)，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（00C,一個(gè)大氣壓），空氣密度為1.29Kg/m3,只相當(dāng)于水的八百分之一，而水為1000Kg/m3。同時(shí)空氣的粒度也很小，在同樣的條件下，動(dòng)力粘滯系數(shù)只有水的五十五分之一。</p><p>　?。ǘ馀e作用及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)</p><p>　

23、　在干孔純空氣洗井中攜帶巖屑的作用，是屬于氣力輸送問(wèn)題。巖屑在空氣介質(zhì)中，因本身的粒度、密度和形狀不同而有不同的沉降速度，這種差異歸根結(jié)底是由介質(zhì)的浮力和阻力所引起的。所以研究浮力和阻力就成為探討巖屑運(yùn)動(dòng)差異的基本問(wèn)題，而沉降也有二種不同的型式，一是自由沉降，即單個(gè)巖屑在空氣中的獨(dú)立沉降，此時(shí)巖屑除受有重力、浮力和阻力作用外，不受其他因素影響；二是干涉沉降，即單個(gè)巖屑在巖屑群中的沉降，成群的巖屑（包括巖粉）和介質(zhì)組成分散的懸浮體，這時(shí)巖

24、屑間的碰撞及懸浮體平均密度的增大，使個(gè)別顆粒的沉降速度降低了。干涉沉降是空氣洗井過(guò)程中的基本形式。但為了便于研究和分析問(wèn)題，常把巖屑的沉降作為單體對(duì)待。</p><p>　?。ㄈr屑的沉降速度及懸浮速度的計(jì)算</p><p>　　巖屑具有各種形狀，為了便于研究和分析問(wèn)題，假定巖屑為球體，首先研究巖屑在靜止空氣介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。</p><p>　　設(shè)巖屑顆粒的質(zhì)量

25、為M，在空氣介質(zhì)中借有效重力G的作用開(kāi)始自由沉降，根據(jù)浮力原理其公式為：</p><p>　　G=W1-W2(Kg) (1)</p><p>　　式中：W1—巖屑自重 （Kg）</p><p>　　W2--- 所受浮力（Kg）</p><p>　　然后通過(guò)球體積即浮力的基本換算，可得下式：

26、</p><p>　　G= （Kg） （2）</p><p>　　式中： d1----巖屑顆粒直徑 （m）</p><p>　　r-----巖屑的比重 （Kg/m3）</p><p>　　r2----空氣的比重（Kg/m3）（0.00129g/cm3 = 1.29kg/m3）</p><

27、p>　　沉降時(shí)，還要受到阻力F的影響，其值由牛頓自由落體運(yùn)動(dòng)公式得：</p><p>　　F=C1 A1 V21 (Kg) (3)</p><p>　　式中： C1---巖屑在空氣中以速度V1運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力系數(shù)：</p><p>　　A1―巖屑在運(yùn)動(dòng)方向的投影面積（m2）</p><p&g

28、t;　　g---重力加速度（m/S2）</p><p>　　然后再根據(jù)牛頓第二定律，求得巖屑在空氣中沉降的運(yùn)動(dòng)方程：</p><p>　　G-F=M (4)</p><p>　　依次將（2）、（3）式代入上式得：</p><p>　　(r1-r2)/r1-C1 3r2 r21/

29、4gd1r1=M (5)</p><p>　　當(dāng)阻力達(dá)到使巖屑沉降的重力時(shí)，運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)平衡，進(jìn)行等速沉降，而等速沉降的速度稱為巖屑的沉降速度，以V1表示，如下圖5所示。</p><p><b>　　圖5巖屑的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)</b></p><p>　　如巖屑在孔內(nèi)均勻氣流的作用下，設(shè)氣流速度為V2，則巖屑運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)速度

30、V3為：</p><p>　　V3= V2-V1 (m/s) (6)</p><p>　　當(dāng)V2＝V1時(shí) 則V3=0</p><p>　　這時(shí)巖屑處于靜止?fàn)顟B(tài)，其氣流速度為巖屑的懸浮速度，其值等于沉降速度。</p><p>　　=0 </p>

31、<p>　　即可根據(jù)公式（5）的關(guān)系式，求得巖屑的懸浮速度值V4，因?yàn)閂1=V4 所以：V4＝ (7)</p><p>　　式中C1系數(shù)值，可根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹的方法，近似地表示為：</p><p><b>　　C1= </b></p><p>　　式中： K---系數(shù)</p>

32、;<p>　?。瓗r屑在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)。</p><p>　　原因巖屑顆粒比較大，因此可以認(rèn)為阻力系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系不大，故如果選系數(shù)K=0.44，則C1＝0.44。又因r2<<r1,然后再將有關(guān)值代入（7），即可得下式：</p><p>　　V4=5.45 (m/S) (8)</p><p>　　這就是

33、計(jì)算巖屑在氣流中懸浮速度的基本公式。當(dāng)空氣的溫度、壓力變化時(shí)，空氣的比重可按下式換算。</p><p>　　R2=1.29* * (Kg/m2) (9)</p><p>　　式中： t－空氣溫度，℃</p><p>　　P－空氣的絕對(duì)壓力， 毫米汞柱</p><p>　　從（8）式可以清楚地看出，巖屑在空氣流中的懸

34、浮速度，不僅和巖屑本身的大小及比重有關(guān)，而且和空氣流的密度有關(guān)。</p><p>　?。ㄋ模┡判妓俣鹊拇_定</p><p>　　空氣洗井?dāng)y帶巖屑的原理是屬于氣舉，因此當(dāng)巖屑在孔內(nèi)受到向上氣流的作用下，只要?dú)饬魉俣却笥趲r屑的懸浮速度，巖屑就被氣流舉起，并隨著氣流向上運(yùn)動(dòng)。所以空氣洗井?dāng)y帶巖粉能力的大小，是如何選取比懸浮速度大的排屑速度V5.</p><p>　　V5=

35、K1V4(m/s) (10)</p><p>　　在確定K1系數(shù)時(shí)，要注意考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：</p><p>　　1、巖屑形狀的不規(guī)則性；</p><p>　　2、巖屑在排屑過(guò)程中的干涉對(duì)沉降因數(shù)的巖屑；</p><p>　　3、巖屑結(jié)團(tuán)現(xiàn)象的影響；</p><p>　　4

36、、鉆孔的異常擴(kuò)張和漏氣；</p><p>　　5、管道的漏氣及其它因素等。</p><p>　　因此，系數(shù)K1的選定在滿足基本要求的基礎(chǔ)上，可適當(dāng)加大。</p><p>　　在風(fēng)速不足情況下的，即所采取的上返速小于排屑速度時(shí)，采用泡沫鉆進(jìn)將大大有助于空氣鉆進(jìn)的洗井效果，增加排屑能力，保持孔底清潔，改善鉆頭的工作環(huán)境和提高鉆頭的使用壽命。因?yàn)榕菽黧w具有泡包氣的氣、液

37、兩相結(jié)構(gòu)，其中液相是連續(xù)相，固相是非連續(xù)相。這樣的泡沫群體，就有效地形成了泡沫的結(jié)構(gòu)粘度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。而在泡沫群體結(jié)構(gòu)中，還具有和巖屑（巖粉）親合吸附能力，從而形成了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，攜帶能力強(qiáng)的氣、液、固 三相一體的包裹流體，這樣的流體，具有比重輕、接觸面積大、攜帶巖粉能力強(qiáng)的的結(jié)構(gòu)特性。</p><p>　　泡沫鉆進(jìn)的上返速度和環(huán)空壓力問(wèn)題：</p><p>　　通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)充分說(shuō)明泡沫鉆進(jìn)有助

38、于降低上返風(fēng)速和減少供風(fēng)量，也就是有助于降低對(duì)空壓機(jī)的能量要求。</p><p>　　排屑能力相當(dāng)于減少三分之一的供風(fēng)量和上返流速。也就是說(shuō)，泡沫鉆進(jìn)的上返速度只相當(dāng)于干空氣鉆進(jìn)的60％。</p><p>　　因此，所選用泡沫劑性能的好壞，直接影響著泡沫鉆進(jìn)的效果，但也不能忽視上返速度的作用。同樣，在使用同一類泡沫劑時(shí)，應(yīng)用上返速度不同。其所取得的鉆進(jìn)效果也不同。上返速度快，則鉆進(jìn)效率就高

39、。見(jiàn)圖6示意。</p><p>　　圖6 不同環(huán)空上返速度和鉆進(jìn)效率的關(guān)系</p><p>　　而循環(huán)壓力則是升高趨勢(shì)，其升高幅度約為干空氣鉆進(jìn)的1.5倍。</p><p><b>　　它與以下因素有關(guān)：</b></p><p>　?。?）環(huán)孔上返速度的降低，主要是由于泡沫結(jié)構(gòu)粘度和強(qiáng)度以及表面活性的作用和泡沫循環(huán)流體

40、的懸浮性而造成的。從而改變了空氣排屑的單一速度條件。</p><p>　?。?）循環(huán)壓力的升高，則是和循環(huán)阻力、背壓升高有關(guān)。因泡沫流體是屬于氣液兩相介質(zhì)，其不僅密度有所增加，而且粘度也高，更重要的是在循環(huán)過(guò)程中，泡沫流體中包裹有大量的巖粉（屑），從而實(shí)際形成了氣、液、固三相混合流體，而這種混合流體的流動(dòng)性和干空氣相比就有很大降低，因此循環(huán)壓力必然升高。見(jiàn)圖7示。</p><p>　　圖7

41、 不同介質(zhì)的循環(huán)壓力</p><p>　　不同的上返速度，其所能攜帶的巖屑粒徑大小也不同。見(jiàn)圖8示</p><p>　?。ㄎ澹┝魉倥c孔深的關(guān)系</p><p>　　研究流速與孔深的關(guān)系，必須首先研究洗井過(guò)程中的壓力損失，因?yàn)槿魏瘟黧w在流動(dòng)過(guò)程中都有能量消耗，所以在某種情況下。雖然供風(fēng)量能夠滿足計(jì)算的要求，但如果所用風(fēng)壓不足以克服洗井過(guò)程中的壓降損失，這時(shí)輸入鉆孔的

42、實(shí)際風(fēng)量也不可能達(dá)到計(jì)算的數(shù)值。因此，要保證空氣洗井的正常進(jìn)行，不僅要考慮到風(fēng)量的需求，而且還要考慮到洗</p><p>　　井循環(huán)系統(tǒng)壓降所需要的風(fēng)壓。如圖9所示。</p><p>　　圖9 風(fēng)壓與孔深的關(guān)系曲線 </p><p><b>　　圖9曲線條件為：</b></p><p>　　供風(fēng)量：5――6m3/min:

43、 鉆頭MP—2型￠112mm：</p><p>　　鉆桿：￠63mm: 巖心管：￠108mm</p><p>　　當(dāng)然隨著鉆孔條件的不同，其壓力損失也變化不一，但就其變化規(guī)律來(lái)看，如孔內(nèi)不發(fā)生異狀，例如遇到地下水或鉆孔縮徑等現(xiàn)象，總是處于緩慢上升的狀態(tài)，這就是干孔純空氣洗井時(shí)壓力損失的基本特性，由于洗井循環(huán)系統(tǒng)壓力損失的理論計(jì)算比較復(fù)雜，同時(shí)和實(shí)際情況出入也大，因此

44、在實(shí)際工作中，常以實(shí)測(cè)資料為參考，一般來(lái)說(shuō)，在巖心鉆探的鉆具匹配結(jié)構(gòu)的條件下，每m孔深的壓力損失值大約為0.01――0.02Kg/Cm2。</p><p>　　同樣隨著壓力損失的增加，空氣的流速也在逐漸下降，因?yàn)榱魉倥c風(fēng)壓的平方根成正比，所以隨著孔深的增加，壓力損失增大，流速減慢，因而所攜帶的巖屑直徑也在逐漸減少，如圖10所示。</p><p>　　圖10 孔深與攜帶巖屑直徑的關(guān)系<

45、/p><p>　　四、泡沫泥漿鉆進(jìn)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍</p><p>　　（一）泡沫泥漿的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍：</p><p>　　泡沫泥漿是在優(yōu)質(zhì)低固相泥漿基礎(chǔ)上加入泡沫劑，進(jìn)行充氣發(fā)泡而配制成的一種新型低密度沖洗液。它是氣體分散在泥漿中的氣液固三相流體，其最大特點(diǎn)是密度≤1，液柱壓力低，可實(shí)現(xiàn)負(fù)壓平衡鉆進(jìn)提高機(jī)械鉆速和臺(tái)月效率，減少孔內(nèi)事故，降低成本。在滲透裂隙地層、不穩(wěn)

46、定地層以及煤層、松散礦層等用合金、PDC、天然表鑲金剛石鉆頭和繩索取心鉆進(jìn)，有防漏、護(hù)壁、保護(hù)巖心作用。</p><p>　?。ǘ┡菽酀{的主要功能：</p><p>　　1.防漏堵漏作用；2.防塌護(hù)壁作用；3.潤(rùn)滑減阻作用；4.攜屑作用。</p><p>　?。ㄈ┡菽酀{的應(yīng)用范圍：</p><p>　　1、在完整、孔壁穩(wěn)定的地層，采用

47、泡沫泥漿作沖洗液實(shí)現(xiàn)平衡鉆進(jìn)和負(fù)壓鉆進(jìn)，可以提高鉆進(jìn)效率。</p><p>　　2、在較完整，有輕度坍塌、漏失的地層，采用泡沫劑泥漿做沖洗液較其它任何沖洗液在防塌防漏方面有優(yōu)越性。</p><p>　　3、在破碎、裂隙發(fā)育、掉塊、坍塌或中等程度漏失的地層，采用泡沫泥漿作沖洗液，可在配方中加2-3%的磺化瀝青強(qiáng)化孔壁，起到抑制破碎巖層掉快、坍塌、并減少?zèng)_洗液的漏失。</p>&

48、lt;p>　　4、在膠結(jié)性很差的松散覆蓋層，或第四系未固結(jié)不穩(wěn)定地層中采用泡沫泥漿作沖洗液，由于其流變性為平板性層流，保持孔壁相對(duì)穩(wěn)定，靠低返速高結(jié)構(gòu)粘度有效地?cái)y帶巖粉。</p><p>　　5、對(duì)片巖、千枚巖、頁(yè)巖、粘土等水敏性底層，遇水膨脹、剝落，引起縮徑、掉塊、坍塌、超徑地層，采用泡沫泥漿作沖洗液，因失水量小，且泡沫的吸附能力又強(qiáng)，防塌能力可提高58%左右。</p><p>　

49、　6、巖鹽、鉀鹽、芒硝等水溶性地層，孔壁易超徑，泥漿性能受到破壞。在這類地層中鉆進(jìn)，在泡沫泥漿中加2‰XC，可提高抗鹽、抗污染能力，代替飽和鹽水泥漿，預(yù)防巖鹽地層的溶蝕。</p><p>　　7、在大裂隙和巖溶等洞隙性地層，沖洗液全部流失，必須先采用堵漏、充填、或套管封閉等措施后，才能使用泡沫泥漿。</p><p>　?。ㄋ模┡菽酀{的配制：</p><p>　　在

50、基漿內(nèi)加入處理劑（穩(wěn)泡劑CMC、PHP），高速攪拌約5分鐘，再加入泡沫劑ADF-3，經(jīng)過(guò)高速攪拌或噴射發(fā)泡，就制得泡沫泥漿。</p><p>　　附：發(fā)泡方式有兩種：（1）有空壓機(jī)時(shí)，由空壓機(jī)引出壓縮空氣至高壓管線的氣液混合器，高壓氣流和高速液流在混合中形成泡沫進(jìn)入孔內(nèi)。（2）無(wú)空壓機(jī)時(shí)，分為兩種方式：一種使用專用氣液混合器，該方法適用于地質(zhì)鉆探野外作業(yè)，對(duì)高山、缺電、缺水干旱地區(qū)施工容易實(shí)現(xiàn)；另一種方式用一種專

51、用高速攪拌裝置，轉(zhuǎn)速3000r/min左右，該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，使用方便，但發(fā)泡量有限，且不能連續(xù)作業(yè)，有一定的局限性。</p><p>　?。ㄎ澹?、泡沫鉆進(jìn)（充氣鉆進(jìn)）設(shè)備（見(jiàn)下圖11示意）</p><p>　　泡沫鉆進(jìn)是改善和提高潛孔錘鉆進(jìn)效果的重要配套工藝方法，因此在組合潛孔錘鉆進(jìn)設(shè)備時(shí)就要有所準(zhǔn)備，應(yīng)配備的主要有：泡沫劑、泡沫泵、泡沫液箱、管道、混合器及節(jié)門和測(cè)試儀表等。<

52、;/p><p>　　圖11 泡沫鉆進(jìn)設(shè)備布置</p><p>　　1、 空壓機(jī)； 2、 閥； 3、放氣管； 4、 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 5、 壓力表</p><p>　　6、 三通管； 7、 泡沫劑液箱；8、泡沫泵； 9、 高壓膠管； 10、鉆機(jī)；</p><p>　　11、鉆桿； 12；孔口密封導(dǎo)流裝置；

53、 13、井口管； 14、排風(fēng)管</p><p>　　（六）、泡沫劑的注入技術(shù)</p><p>　　注入技術(shù)是應(yīng)用好泡沫劑鉆進(jìn)工藝的重要條件之一，在實(shí)際工作中，如何充分發(fā)揮泡沫鉆進(jìn)的作用，這不僅和泡沫劑本身的物化性能有關(guān)，而且和所采用的注入工藝有很大關(guān)系。明前基本采用以下二種方法：</p><p>　　1）、間隙注入：把配制好的泡沫劑在每次加鉆桿前從管內(nèi)倒入，

54、每鉆進(jìn)2m左右放噴一次，強(qiáng)排孔內(nèi)巖屑清孔。這種方法具有不用設(shè)備投入，方便簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但存在以下幾個(gè)問(wèn)題：a、鉆速不能保持穩(wěn)定正常，嚴(yán)重影響鉆速提高；b、孔內(nèi)積沙（存留巖粉）太多，這樣不僅回轉(zhuǎn)阻力增大，還易產(chǎn)生卡鉆事故；c、循環(huán)壓力高；d、鉆頭工作環(huán)境惡化；e、巖屑重復(fù)破碎嚴(yán)重；f、不能充分發(fā)揮泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的優(yōu)越性。</p><p>　　2）、連續(xù)注入：采用泡沫泵（小泵量泥漿泵10－15l/min）把配制好的泡沫劑