一種非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及城市建設(shè)施工領(lǐng)域，尤其涉及一種非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物。
【背景技術(shù)】
[0002] 非開挖泥漿是指具有一定粘性的流體，多數(shù)以水作為基漿，以分散性粉末和化學(xué) 物質(zhì)作為主劑，在非開挖鉆進(jìn)過(guò)程中以其多功能滿足鉆進(jìn)工作需要的各種循環(huán)流體的總 稱。泥漿的性能是泥漿各組分間相互化學(xué)和物理作用的宏觀反應(yīng)，可以用來(lái)對(duì)泥漿的性能 進(jìn)行評(píng)價(jià)的參數(shù)主要有密度（重度或比重）、流變性（粘度和切力）、潤(rùn)滑性、膠體率、含沙 量以及濾失性（失水量和泥餅厚度）、固相含量、PH值等。這些性能參數(shù)直接影響到鉆進(jìn)速 度、孔壁穩(wěn)定、鉆具磨耗、潤(rùn)滑減阻和孔內(nèi)凈化等方面。
[0003] 非開挖施工多在地表以下15m以內(nèi)的淺地層施工，鉆遇地層一般是粘土層、砂礫 層或者是二者的混合層，有事也會(huì)遇到淤泥層、鵝卵石或者建筑回填等石塊區(qū)。在非開挖施 工鉆孔回?cái)U(kuò)過(guò)程中，由于孔壁及周邊區(qū)域的應(yīng)力重分布，極易發(fā)生孔壁的失穩(wěn)?？妆谑Х€(wěn)的 發(fā)生將對(duì)正常的非開挖施工產(chǎn)生極大地影響，甚至造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失以及安全事故。而 泥漿技術(shù)的正確合理使用在確?？妆诜€(wěn)定、攜帶和懸浮巖屑、穩(wěn)定井壁和平衡地層壓力、冷 卻和潤(rùn)滑鉆頭及鉆具等方面具有良好的功用。因此，如何在非開挖施工中正確地使用泥漿， 使得工程經(jīng)濟(jì)高效地完成，對(duì)于施工單位具有極大地現(xiàn)實(shí)意義。
[0004] 在大多數(shù)的實(shí)際非開挖工程中，某一現(xiàn)場(chǎng)中并非由單一土層構(gòu)成，通常是由多種 地層同時(shí)存在，彼此之間交互作用和影響。如何針對(duì)不同性質(zhì)的土層選擇針對(duì)性的泥漿進(jìn) 行處理，在非開挖施工過(guò)程中顯得極為迫切。
[0005] 水平定向鉆進(jìn)技術(shù)在我國(guó)雖然起步晚，但隨著對(duì)管道施工環(huán)境要求的日益提高， 我國(guó)的水平定向鉆進(jìn)行業(yè)得到了穩(wěn)步健康的發(fā)展。但是水平定向鉆進(jìn)鋪管施工作為近地表 地下開挖工程，不可避免地會(huì)引起周圍土體和地表產(chǎn)生不同程度的變形，進(jìn)而對(duì)孔壁的穩(wěn) 定造成一定的影響，尤其是對(duì)地表建筑物和人口較密集的城市地區(qū)來(lái)說(shuō)，施工引起的事故 后果更為嚴(yán)重。
[0006] 因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物，提高 定向穿越施工技術(shù)的能力，解決穿越不同土質(zhì)類型的非開挖施工的泥楽技術(shù)方案、工藝技 術(shù)的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)相應(yīng)的土質(zhì)情 況，穿越不同類型土質(zhì)為工程背景的非開挖施工，因地質(zhì)問(wèn)題造成的工程損失。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物，用于水平 定向鉆進(jìn)淤泥土層，包括膨潤(rùn)土，各組分及含量如下：2%?3%來(lái)安土或2%的哈利土、 0. 24%?3%防塌劑、0. 18%?0. 21 %聚丙烯酰胺、0. 27%?0. 31 %降失水劑、0. 27 %? 0. 32%磺化酚醛樹脂、0. 28%?0. 32%潤(rùn)滑劑，余量為水；其中防塌劑可選自腐殖酸鉀、浙 青粉、磺化浙青粉及煤堿劑中的任意一種，降失水劑可選自水解聚丙烯腈及鈉羧甲基纖維 素中的任意一種，潤(rùn)滑劑可選自極壓潤(rùn)滑劑、聚氧乙烯辛基苯酚醚、磺化妥爾油浙青中的任 意一種。
[0009] 進(jìn)一步地，各組分的含量?jī)?yōu)選如下：2. 5%來(lái)安土、0. 25%防塌劑、0. 18%聚丙烯酰 胺、0.28%降失水劑、0.3%磺化酚醛樹脂、0.3%潤(rùn)滑劑，余量為水。
[0010] 本發(fā)明還提供了一種非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物，用于水平定向鉆進(jìn)粘土 層，包括膨潤(rùn)土，各組分及含量如下：3%?4%哈利土、0. 24%?3%防塌劑、0. 18%? 0. 21 %聚丙烯酰胺、0. 27 %?0. 31 %降失水劑、0. 27 %?0. 32 %磺化酚醛樹脂、0. 28 %? 0. 32%潤(rùn)滑劑、余量為水；其中防塌劑可選自腐殖酸鉀、浙青粉、磺化浙青粉及煤堿劑中的 任意一種，降失水劑可選自水解聚丙烯腈及鈉羧甲基纖維素中的任意一種，潤(rùn)滑劑可選自 極壓潤(rùn)滑劑、聚氧乙烯辛基苯酚醚、磺化妥爾油浙青中的任意一種。
[0011] 進(jìn)一步地，各組分的含量?jī)?yōu)選如下：3. 5%哈利土、0. 25%防塌劑、0. 18%聚丙烯酰 胺、0. 28%降失水劑、0. 3%磺化酚醛樹脂、0. 3%潤(rùn)滑劑，余量為水。
[0012] 本發(fā)明還提供了一種非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物，用于水平定向鉆進(jìn)粉砂土 層，包括膨潤(rùn)土，3%哈利土和4%來(lái)安土或3%來(lái)安土和0. 5% CMC、0. 24%?3%防塌劑、 0. 18%?0. 21%聚丙烯酰胺、0. 27%?0. 31%降失水劑、0. 27%?0. 32%磺化酚醛樹脂、 0. 28%?0. 32%潤(rùn)滑劑、余量為水；其中防塌劑可選自腐殖酸鉀、浙青粉、磺化浙青粉及煤 堿劑中的任意一種，降失水劑可選自水解聚丙烯腈及鈉羧甲基纖維素中的任意一種，潤(rùn)滑 劑可選自極壓潤(rùn)滑劑、聚氧乙烯辛基苯酚醚、磺化妥爾油浙青中的任意一種。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種控制泥漿濾失量的方法，其特征在于，提供如權(quán)利要求1-5 中任意一種非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物；添加〇. 2 %?0. 4% NaOH或似20)3;添加直徑 小于75 ii m膠體微粒；加快鉆進(jìn)速度5%?20%。
[0014] 進(jìn)一步地，優(yōu)選方法包括提供如權(quán)利要求1-5中任意一種非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn) 液組合物；添加〇. 35 % NaOH或Na2CO3;添加直徑小于75 ii m膠體微粒；加快鉆進(jìn)速度15 %。
[0015] 在本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物，用 于水平定向鉆進(jìn)淤泥土層、粉砂土層和粘土層，包括膨潤(rùn)土、來(lái)安土或哈利土、防塌劑、聚丙 烯酰胺、降失水劑、磺化酚醛樹脂、潤(rùn)滑劑，余量為水，其中防塌劑可選自腐殖酸鉀、浙青粉、 磺化浙青粉及煤堿劑中的任意一種，降失水劑可選自水解聚丙烯腈及鈉羧甲基纖維素中 的任意一種，潤(rùn)滑劑可選自極壓潤(rùn)滑劑、聚氧乙烯辛基苯酚醚、磺化妥爾油浙青中的任意一 種。
[0016] 泥漿工藝要求泥漿應(yīng)該具有良好的觸變性，也即在停止循環(huán)時(shí)，泥漿的切力能夠 在較短的時(shí)間內(nèi)增大到某一適當(dāng)值，在當(dāng)前切力下，不僅能滿足較好懸浮鉆屑的能力，還能 夠在恢復(fù)循環(huán)時(shí)開泵泵壓不至于太高。影響泥漿靜切力的主要因素包括粘土礦物的類型、 含量及分散度，所選用的泥漿處理劑及加量，無(wú)機(jī)電解質(zhì)及其濃度等。根據(jù)具體情況作了大 量基礎(chǔ)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)（膨脹量實(shí)驗(yàn)、粘度試驗(yàn)、降失水實(shí)驗(yàn)、潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)、速溶性實(shí)驗(yàn)、抗侵能力實(shí) 驗(yàn)），優(yōu)化了針對(duì)淤泥、粉砂、粘土層的鉆進(jìn)參數(shù)，比如小失水，合理比重，具有較好的粘度， 穩(wěn)定性好，具有一定的抗侵性。
[0017] 控制泥漿的濾失量在非開挖鉆進(jìn)過(guò)程中意義重大，應(yīng)當(dāng)從控制泥餅厚度入手。泥 餅中固相越少，泥漿中固相含量越高，泥漿的濾失量也就越小。然而，濾失量并不是決定泥 餅厚度的唯一因素，不同泥漿的泥餅厚度相同的情況下，其濾失量不一定相同；反之，濾失 量相同的情況下，其泥餅厚度不一定相同。濾失量過(guò)大導(dǎo)致孔壁不穩(wěn)，但是，濾失量過(guò)小也 會(huì)造成泥漿成本增加，鉆速下降?？傮w來(lái)說(shuō)，在鉆進(jìn)過(guò)程中保持泥漿形成的泥餅一定要薄、 致密、堅(jiān)韌的同時(shí)，其濾失量也要適當(dāng)控制，具體要結(jié)合實(shí)際施工面對(duì)的地層、孔深等因素 綜合考慮加以確定。
[0018] 表面光滑、致密、較薄的泥餅，其潤(rùn)滑性較好。降濾失劑以及其它泥漿處理劑主要 是通過(guò)改進(jìn)泥餅的質(zhì)量來(lái)改善泥漿的防磨損和潤(rùn)滑性。泥漿條件相同的情況下，巖土條件 影響泥餅的質(zhì)量以及鉆具同孔壁的粗糙度而起作用。
[0019] 本發(fā)明的研究成果具體分析了淤泥、粉砂、粘土層鉆進(jìn)的特點(diǎn)，提出關(guān)鍵性指標(biāo)， 第一對(duì)于淤泥質(zhì)地層，需要配制合理比重的泥漿，以保證循環(huán)中的泥漿快速形成致密的泥 皮，利用泥漿的壓強(qiáng)和強(qiáng)韌的泥皮，來(lái)平衡易可引起塌陷的地層壓力；第二對(duì)于粉砂性地 層，關(guān)鍵是提高泥漿粘度，以增加井壁顆粒之間的膠結(jié)力，使用粘度較大的泥漿可以明顯增 強(qiáng)砂、礫之間的膠結(jié)力，以此使井壁的穩(wěn)定性增強(qiáng)；第三對(duì)于粘性地層，應(yīng)盡量降低泥漿的 失水量，防止粘土顆粒的吸水膨脹、遇水溶解，導(dǎo)致泥漿和地層滲透率的破壞和改變，這極 易造成鉆進(jìn)程中孔壁坍塌、掉塊，容易誘發(fā)卡鉆、埋鉆事故；大量的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)對(duì)于淤泥粉砂 地層非開挖鉆進(jìn)泥漿性能參數(shù)做了很多優(yōu)化，可以作為以后全國(guó)各地區(qū)淤泥、粉砂、粘土層 鉆進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)使用。
[0020] 以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以 充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是膨脹量隨時(shí)間變化曲線圖；
[0022] 圖2是大分子聚合物粘度圖；
[0023] 圖3是降失水劑粘度圖；
[0024] 圖4是降失水劑降失水效果圖；
[0025] 圖5是基漿+0? 05 % HEC+0. 8 % SMP-3配方抗鹽指標(biāo)；
[0026] 圖6是基漿+0? 05 % HEC+0. 8 % f Iocat配方抗鹽指標(biāo)；
[0027] 圖7是兩配方泥皮厚度數(shù)據(jù)對(duì)比數(shù)據(jù)。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 鉆進(jìn)過(guò)程中，在換鉆桿或者設(shè)備故障時(shí)，泥漿會(huì)停止循環(huán)。此時(shí)要求泥漿體系能在 較短的時(shí)間內(nèi)形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，以便將巖屑或加重劑懸浮起來(lái)，或者以很慢的速度下沉； 開泵時(shí)，泵壓不能上升過(guò)高防止憋漏地層。因而提供懸浮能力的主要因素是泥漿的靜切力 和觸變性。
[0029] 所謂泥漿的靜切力，其膠體化學(xué)實(shí)質(zhì)是凝膠強(qiáng)度，也即是在靜止?fàn)顟B(tài)下泥漿形成 空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度?，F(xiàn)場(chǎng)采用初切力和終切力對(duì)靜切力的相對(duì)值加以表述。初切力是指 經(jīng)充分?jǐn)嚢韬蟮哪酀{，靜置Imin(或IOs)后測(cè)得的靜切力；終切力是指充分?jǐn)嚢韬蟮哪酀{ 靜置IOmin所測(cè)得的靜切力。
[0030] 泥漿的觸變性，是指泥漿在攪拌后變稀，停止攪拌后又重新變稠的性質(zhì)。其機(jī)理可 以作如下解釋：觸變體系內(nèi)普遍存在空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)受到剪切作用遭到破壞，只有某些 部位相互接觸才能重新粘結(jié)。所以，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的恢復(fù)需要一定時(shí)間來(lái)完成，而恢復(fù)結(jié)構(gòu)所需 要的時(shí)間和最終凝膠強(qiáng)度的大小，才是對(duì)泥漿觸變性能的最好表征。
[0031] 泥漿工藝要求泥漿應(yīng)該具有良好的觸變性，也即在停止循環(huán)時(shí)，泥漿的切力能夠 在較短的時(shí)間內(nèi)增大到某一適當(dāng)值，在當(dāng)前切力下，不僅能滿足較好懸浮鉆屑的能力，還能 夠在恢復(fù)循環(huán)時(shí)開泵泵壓不至于太高。影響泥漿靜切力的主要因素包括粘土礦物的類型、 含量及分散度，所選用的泥漿處理劑及加量，無(wú)機(jī)電解質(zhì)及其濃度等。
[0032] 泥漿的觸變性與其所形成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱程度和方式有關(guān)。如果