什么是钻井泥浆?

钻井泥浆是水中的薄粘土浆。特殊土膨润土，其特点是“触变(凝胶)的财产，用于此目的。这种不起眼的材料几乎彻底改变了现代岩土工程的实践，专业的岩土工程师自己都不知道，更不用说普通大众了。

钻井液的稳定作用

钻孔的侧面(如用于钻孔灌注桩的施工，以及用于连续墙施工的沟槽)如果不加以支撑，可能会“塌陷”或“塌陷”(图1)。这一问题在干燥无粘性土如砂砾、砂和粉土的情况下尤其严重，它们的主要抗剪强度参数是内摩擦角(Φ)，偶尔有凝聚力(c)．如果允许，塌陷将引发连锁反应，导致整个开挖过程被两侧的土壤填满。在没有实物支撑的情况下，如在钻孔中使用套管，在这些钻孔和沟渠中是不可能施工的。

膨润土稀浆的稳定机理

如果水可以稳定钻孔-确实可以-这仅仅意味着水的压力(静水压力)高于土的压力。这是一个即使是不熟悉相对现代的岩土工程学科的土木工程师也难以接受的真理，因为，首先，水是液体，比土是厚的固体相要薄;不同之处在于，水无抗剪强度，土有抗剪强度。

水的单位重量是10kn /m^3.，小于单位重量取决于其压实状态的土壤的重量。水的值也为零Φ和c因此它没有抗剪强度。另一方面，土壤的值为正Φ和c赋予它抗剪强度;值越高Φ和c，抗剪强度越大。讽刺的是，这正是水能够“保持”和稳定土壤的原因。

现在让我们看看土压力。土压力有两个极限值'活跃的”和“被动”。在这里我们关心的是有效值，这是土壤能施加在试图保持它的屈服支承上的最低土压力值。

现在让我们从数量上比较水压力和土压力(对我们来说是“主动的”)。

在任何深度h(图2),水的压力p_w=γ_wxh,在那里γ_w是水的单位重量。因此我们可以说p_w= 10 h．在相同深度h，(主动)土压力，p_一个= γ x h x K_一个,在那里γ是土壤的单位重量，和K_一个，即“主动土压力系数”。而后者随着值的增大而减小Φ在无粘性的土壤中。假设典型值如15 kN/m^3.为γ和30⁰为Φ(K_一个= 1/3)，我们可以写，p_一个= 15 x h x 1/3 =5 h(图2)。

这表明水压力的主动土压力的两倍,因此它有巨大的潜力在稳定的钻孔和战壕,在某种程度上我们可以假定它是主动土压力,不是“抵制”一个不受支持的钻孔的双方因此屈服。

如果水施加的静水压力是土壤中的一种潜在的稳定剂，那么最直接的问题就是，为什么要往土壤中加入粘土，使其成为我们所说的钻井泥浆。这是因为，如果我们只是简单地往钻孔中灌水，以稳定侧边，水会持续不断渗入侧土因此，从实际规模来看，作为一种稳定的手段，这是一项不切实际的任务。

黏土在水中的作用

存在于水中的粘土起着如下所述的重要作用。

在粒状土壤中，泥浆中的水会慢慢渗入空隙，在洞壁上留下一层薄薄的粘土沉积。这层薄薄的粘土叫做过滤器的皮肤(图3)。它是高度不透水的，并防止任何泥浆的进一步损失渗漏，避免这是必要的经济利益。因此，钻井泥浆的稳定作用纯粹是通过在井壁两侧施加静水压力来实现的。密封“墙——单靠水是无法达到的。在钻探粘土时，如果土壤已经是不透水的，就不需要形成滤膜，即使这种稳定作用纯粹是静水压力的作用。

钻井泥浆“循环”的方法

随着钻井工作的进行，钻井泥浆还起到了另外的作用，使钻屑保持悬浮状态。来了。胶凝的特性发挥作用，使从钻孔切割的土壤保持悬浮，即使当浆体被允许保持静止(见图3)。

有两种方法，一种是通过钻井泥浆介质将被切割的土壤颗粒从钻孔中取出，另一种是将钻井泥浆回收并送回钻孔中。这些都是

1. 直接泥浆循环法&
2. 反泥浆循环法

在直接法，泥浆被泵入管道，管道上附着凿子形状的钻具，通过凿子形状的钻具在压力下向井底排放泥浆。结果，由于凿子的反复升降作用，泥土开始松动，与泥浆混合，并从钻孔顶部冲刷出来。膨润土箱，让钻孔的土沉降，让膨润土泥浆流出到下一个隔间，从那里，膨润土泥浆被泵回带凿子的管道中(图4)。

在相反的方法时，将膨润土泥浆直接倒入钻孔，与钻孔土混合后，用离心泵将其通过管道吸入。人们可能会注意到，当松散的土沉降在槽中，而泥浆中的膨润土不会。

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写的

Nainan P. Kurian博士

最初发表于NPTEL网站