水泥浆
- 水泥浆（英文名liquid cement） 是固井中使用的工作液，水泥浆的功能是固井。固井作业是由套管向井壁与套管的环空注入水泥浆并让它上返至一定高度，水泥浆随后变成水泥石将井壁与套管固结起来。
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水泥浆
水泥浆
1、管道压浆前，应事先对采用的压浆料进行试配。水泥、压浆剂、水等各种材料的称量应 准确到 ±1%（均以质量计） 。水胶比不应超过 0.33。 2、搅拌机的转速不低于 1000r/min ，浆叶的最高线速度限制在 15m/s 以内。 3、压浆机采用连续式压浆泵， 其压力表最小分度值不得大于 0.1MPa ，最大量程应使实际工 作压力在其 25％～ 75％的量程范围内； 储料灌应带有搅拌功能， 真空泵应能达到 0.092MPa 的负压力。 4、在配制浆体拌合物时，水泥、压浆剂、水的称量应准确到 ±1%。 5、浆体搅拌操作顺序为：首先在搅拌机中先加入实际拌合水用量的 80％～ 90％，开动搅拌 机，均匀加入全部压浆剂，边加入边搅拌，然后均匀加入全部水泥。全部粉料加入后再搅拌 2min；然后加入剩余的 10％～ 20％的拌合水，继续搅拌 2min。 6、浆体压入梁体孔道之前，应首先开启压浆泵，使浆
水泥浆稠度，水泥浆稠化的程度。水泥浆稠化指从水泥加水搅拌开始，到水泥浆在起初具有流动性，随后逐渐水化，再逐渐变稠，最终达到标准稠度的现象。用稠化仪通过测定一定转速的叶片在水泥浆内所受的阻力而获得。
一、水泥浆中气泡动力学分析
水泥浆中孔的形成来源于两个方面：水的蒸发作用和水泥浆的引气作用。由于实验中每组配合比的水灰比相同，养护条件完全一样，因此，各组水泥浆中孔结构的差异主要来自水泥浆的引气作用，本节分析纤维素醚对水泥浆引气作用而形成孔结构的影响机理。
水泥浆在机械搅拌的时候，由于浆体与空气持续接触，水泥浆会包裹空气，在水泥浆内部形成大量气泡。这些气泡并不一定会永远留在水泥浆中，一方面，这些气泡具有很大的气．液界面面积和界面能，是热力学上的不稳定体系，具有自动破坏生成小液滴的趋势，以减少界面面积和界面能；另一方面，气泡密度非常小，具有逸出到水泥浆表面的趋势。因此，水泥浆引入的气泡对其孔结构的影响取决于两个因素：(1)水泥浆对气泡形成的影响；(2)水泥浆稳定气泡的能力，这又包括两个方面的内容，即水泥浆抑制气泡破灭的能力和水泥浆抑制气泡上浮的能力。
01
水泥浆中气泡形成的理论分析
气泡在水泥浆中形成时，气-液界面的面积急剧增加，体系的能量将因此大大增加，这个能量来自于机械搅拌。在搅拌外力一定的情况下，表面张力越小，形成单个气泡的表面积越大(如肥皂泡的形成)，气泡的体积因此变大，即越容易形成气泡。
02
水泥浆中气泡稳定的理论分析
水泥浆中气泡的稳定主要取决于液膜的性质。液膜的强度越高，气泡将更加稳定。水泥浆中小气泡总具有通过下列两种方式自动破坏变成大气泡的趋势：合并或扩散消失。表面张力越大或气泡直径越小，小气泡变成大气泡的趋势越明显。但气泡的“大"和“小"是相对的，小气泡不会一直破坏下去，随着气泡直径逐渐变大，附加压力越小，破坏的趋势减弱，当破坏压力低于液膜的强度时，气泡的直径将趋于稳定，气泡不再明显破坏。因此，若液膜的强度越高，气泡将更加稳定(在更小的直径)。水泥浆中液相的粘度对稳定气泡的作用非常大。液相的粘度越高，液膜排液的速率会减慢，汽泡内气体扩散的速率会减慢，即小气泡破坏的速率会减慢，同时气泡不易上浮到水泥浆的表面而破坏。
二、纤维素醚影响水泥浆气泡动力学机理
纤维素醚主要通过改变液膜的性质而影响水泥浆的孔结构。首先，纤维素醚同时具有亲水基团(羟基和醚基)和憎水基团(甲基和葡萄糖碳环)，具有表面活性，掺入水泥浆中后，液膜的表面张力明显下降，水泥浆容易产生气泡，且液膜的表面张力越低，水泥浆越容易产生气泡；其次，由于降低了水泥浆中液膜的表面张力，纤维素醚会影响水泥浆中泡沫间液膜的排液过程以及汽泡内气体的扩散过程，减缓小气泡合并或扩散消失变成大气泡的过程，从而影响水泥浆的孔径分布：第三，纤维素醚作为一种高分子表面活性剂，会定向吸附并富集到气-液界面，也就是气泡壁上，显著改善液膜的强度和韧性，从而起到稳定气泡的作用。液膜的表面张力越低，纤维素醚富集得越多，液膜的强度和韧性会更高；第四，纤维素醚都能显著增加液膜的粘度，对液膜排液、汽泡内气体的扩散和气泡上浮具有抑制作用，从而起到稳定气泡的作用。
总之，水泥浆中掺入纤维素醚后，由于降低了液相的表面张力，增加了液相的粘度，使得水泥浆更容易生成和稳定气泡，并影响气泡形成动力学。纤维素醚的表面张力越低，粘度越高，越容易形成和稳定气泡，纤维素醚的表面张力越低，越容易减缓小气泡合并或扩散消失变成大气泡的过程。
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在常用的正循环钻探中﹐它是将地表冲洗介质──清水﹑泥浆或聚合物冲洗液在一定的压力下﹐经过高压软管﹑水龙头及钻杆柱中心孔直送钻头的底端﹐以达到冷却钻头﹑将切削下来的岩屑清除并输送到地表的目的。常用的泥浆泵是活塞式或柱塞式的﹐由动力机带动泵的曲轴回转﹐曲轴通过十字头再带动活塞或柱塞在泵缸中做往复运动。在吸入和排出阀的交替作用下﹐实现压送与循环冲洗液的目的。
泥浆泵分单作用及双作用两种型式﹐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﹑双缸及三缸3种型式。
污水泥浆泵性能 污水泥浆泵性能的两个主要参数为排量和压力。排量以每分钟排出若干升计算﹐它与钻孔直径及所要求的冲洗液自孔底上返速度有关﹐即孔径越大﹐所需排量越大。要求冲洗液的上返速度能够把钻头切削下来的岩屑﹑岩粉及时冲离孔底﹐并可靠地携带到地表。地质岩心钻探时﹐一般上返速度在0.4～1.0米/分左右。泵的压力大小取决于钻孔的深浅﹐冲洗液所经过的通道的阻力以及所输送冲洗液的性质等。钻孔越深﹐管路阻力越大﹐需要的压力越高。随著钻孔直径﹑深度的变化﹐要求泵的排量也能随时加以调节。在泵的机构中设有变速箱或以液压马达调节其速度﹐以达到改变排量的目的。为了准确掌握泵的压力和排量的变化﹐泥浆泵上要安装流量计和压力表﹐随时使钻探人员了解泵的运\转情况﹐同时通过压力变化判别孔内状况是否正常以预防发生孔内事故。
叶轮出口宽度b2
叶轮宽度是对泥浆泵最主要的参数之一。是泥浆泵效率,通过性,抗磨性,汽蚀性综合考虑的结果，反循环钻机钻进时，其泥浆中掺杂大量页岩或泥沙，有时还会有大的石块，从效率考虑,泥浆泵较大叶片排挤和尺寸效应必然要求较大的叶片宽度才能保证良好的过流通道面积,以达到高效.从抗磨性考虑,较大的宽度有利于减小流速,减小叶轮外径,从而减小磨损,从通过性考虑,叶片宽度越大,通过性越好,为保证大颗粒的通过性,至少应大于要求通过最大颗粒的尺寸.从汽蚀性考虑,泥浆泵进口较大叶片排挤恶化了汽蚀性能.从输送性考虑,进口尺寸过大导致颗粒沉降,因此叶片宽度也应当限制而不宜过大.综合考虑,叶片出口宽度：
式中,kb2=(1.6~2.0)(n/100)5/6
叶轮进口直径D0
叶轮进口直径按进口处相对速度最小,因而水力损失最小的原则来确定。
式中, k0 为系数,一般取4.0; 若要考虑泵效率则取K1 = 4. 1～4. 5 。
Q为流量, m3/h;
n为转速,r/min.
叶轮出口直径D1
叶轮出口直径D1 的大小不但直接影响到泵的扬程,而且对泵的效率也会有很大的影响,因为压水室的水力损失直接与叶轮出口的绝对速度有关。为了减小压水室的水力损失,D2 应在满足设计参数的条件下使叶轮出口绝对速度最小,并以此来确定叶轮的出口直径。
D1 =
式中 K2 ———系数,与泵的比转数 ns ,叶片数N ,叶片出口安放角β2 有关。在本次设计中, ns = 97，由此,取K2 = 3. 9 。根据有关资料得出b2 与D1 的关系为 。此关系式可作参考。根据经验,当 = 218～312 时,效率最佳,但同时也会造成一个不可忽视的问题,泵的结构也许会因此而过于庞大,修理困难,因此一般不采用。在设计过程中,经常取 = 2125～218 ,这时泵的效率和汽蚀性能都比较优良。
叶片进出口安放角β1，β2
叶片出口安放角β2要取稍大一些，较大的β2可以减小摩擦损失，泥浆中页岩浓度高，β2按250~300之间选取。
叶片进口安放角β1可通过计算求得：
式中，β1`为液流角；
Vm1为叶轮入口轴面速度，m/s;
U1 为叶轮入口圆周速度,m/s
3.4叶轮直径D2
式中，KD2=(9.0~9.6)(ns/100)-1/2
当保证一定的效率而重点考虑抗磨性要求时取小值。当保证一定抗磨性要求而侧重效率时取大值。
叶片线形，叶片数，叶片包角的 选取
以往叶片线形均为单圆弧或双圆弧，这种线形叶片容易手工焊接制作，由于材料原因，其使用寿命短，抗磨性差，目前国际上有关性能优良的泥浆泵的流线线形，主要采用渐开线及对数螺旋线。根据钻机泥浆泵使用情况，泥浆泵叶片数，叶片包角值不能过大，也不能过小。在通常情况下,叶片数一般取3～5 片,但从以往的实际经验来看,设计良好的3 叶片叶轮,其效率不低于5 叶片叶轮。因此为了改变杂质泵的通过性能,应尽量选取。
叶片数N为3 片,叶片出口安放角β2 = 22°，叶片包角为110o~130o.这是目前反循环钻机常选用的参数。
泵叶轮制造工艺及材料防护
叶轮作为泥浆泵的最主要过流部件，制造工艺十分重要。但渐开线线形的叶片不容易整铸，一是叶片形线不易保证，二是叶片表面质量不易保证。所以采用组铸结构。
泵壳采用整铸结构，形线和铸造质量都能有保证，为了能降低购买成本，大多数厂家和钻主都选用自制的泵壳，这也未尝不可。但要很好的保证结构工艺性能。
泥浆泵连续工作的实际输出功率的确定
可按公式 q= Q×λ×μ 确定
式中: q为泵的连续工作的实际输出功率，kW；
Q为柴油机的额定功率,kW;
λ为持续功率系数，取0. 9;
水泥浆稠度简介