CN111019615A - 一种适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种适用于卵砾石地层泥浆体系，以立方米计，每立方米的泥浆体系包括以下质量份组分：100份水、4份钠基膨润土、1份封堵剂、0.35～0.45份植物胶、0.05～0.15份絮凝剂、0.05～0.15份提粘剂、0.5份降滤失剂、1.1份减磨解泥包剂和0.1份氢氧化钠。本发明所述的泥浆体系具有独特的胶结物水敏膨胀抑制性，起到抑制卵砾石颗粒间胶结强度低的水敏性充填物膨胀的作用；能形成致密的泥膜，降低滤失量，平衡土压，从而增强井壁稳定性；能降低黏附系数，防止钻头泥包；有良好的流变性、降滤失性能和润滑性，能够满足盾构泥浆钻进的要求，且具有环保和低成本的优点；能够起到在穿越地层中未风化的坚硬卵石时有效减小钻具的扭矩、磨损和疲劳的作用，延长钻头轴承寿命。

Description

一种适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系及制备方法
技术领域
本发明涉及非开挖水平定向钻进技术领域，并且涉及一种适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系及制备方法。
背景技术
非开挖是指利用各种机械设备和技术方法，通过一定的方式为地面下进行的作业导向、以及采用定向钻进等方式在地面开挖微小面积的情况下(一般在入土点和出土点开挖部分面积)，铺设、更换和修复各种地下管道的施工方法。对交通、环境、居民的生活影响极小，解决了传统开挖施工影响居民生活等问题，此外，减小了开挖部分对周边建筑物基础的影响降低至很小，降低了因开挖造成的经济损失和环境破坏现象，因此具有较高的社会经济效应。
卵砾石地层在我国广泛分布，由于其埋藏深度相对较浅，是工程建设以及地质领域较为常见的一种复杂地层。当卵砾石复合砂土、粘土时，除了因卵砾石层的承载力过小易造成孔壁垮塌外，粘土易附着在钻头、钻杆上，造成泥包钻头、钻杆，以至于拖不动管、打不动钻。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系及制备方法。
本发明提供一种适用于卵砾石地层泥浆体系，以立方米计，每立方米的泥浆体系包括以下质量份组分：
100份水、4份钠基膨润土、1份封堵剂、0.35～0.45份植物胶、0.05～0.15份絮凝剂、0.05～0.15份提粘剂、0.5份降滤失剂、1.1份减磨解泥包剂和0.1份氢氧化钠。
在上述实施例中，所述堵封剂由质量比为1:3的核桃壳与木屑组成，其中，所述核桃壳的平均直径为0.5mm。
在上述实施例中，所述植物胶为Sg植物胶。
在上述实施例中，所述絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺。
在上述实施例中，所述提黏剂为改性淀粉。
在上述实施例中，所述降滤失剂为低黏聚阴离子纤维素。
在上述实施例中，所述解减磨泥包剂为复配乳化油，其中，所述复配乳化油由质量比为1:1:20的十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠和皂化油复配而成。
一种制备上述适用于卵砾石地层非开挖泥浆体系的方法，其主要包括以下步骤：
S1、向水中加入封堵剂后，在6000r/min的搅拌条件下搅拌10min，得到混合溶液A；
S2、向S1中的混合溶液A内加入钠基膨润土，并在100r/min的搅拌条件下搅拌15h，得到混合溶液B；
S3、向S2中的混合溶液B内依次加入植物胶、絮凝剂、提粘剂、降滤失剂、减磨解泥包剂和氢氧化钠，并在6000r/min的搅拌条件下进行充分搅拌，直至搅拌均匀后，即可得到适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的泥浆体系具有独特的胶结物水敏膨胀抑制性，起到抑制卵砾石颗粒间胶结强度低的水敏性充填物膨胀的作用；能形成致密的泥膜，降低滤失量，平衡土压，从而增强井壁稳定性；能降低黏附系数，防止钻头泥包；有良好的流变性、降滤失性能和润滑性，能够满足盾构泥浆钻进的要求，且具有环保和低成本的优点；能够起到在穿越地层中未风化的坚硬卵石时有效减小钻具的扭矩、磨损和疲劳的作用，延长钻头轴承寿命，同时减小钻柱的摩擦阻力，缩短起下钻时间，减小施工动力。
附图说明
图1是本发明所述一种适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系的制备方法的流程图；
图2是对比例1与本发明中实施例1-3制备的卵石地层非开挖泥浆的膨胀量值与时间变化趋势图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
本发明提供了一种适用于卵砾石地层泥浆体系，以立方米计，每立方米的泥浆体系包括以下质量份组分：
100份水、4份钠基膨润土、1份封堵剂、0.35～0.45份植物胶、0.05～0.15份絮凝剂、0.05～0.15份提粘剂、0.5份降滤失剂、1.1份减磨解泥包剂和0.1份氢氧化钠。
在上述实施例中，所述堵封剂由质量比为1:3的核桃壳与木屑组成，其中，所述核桃壳的平均直径为0.5mm。
在上述实施例中，所述植物胶为Sg植物胶，其中，植物胶可以分散在泥浆中，提高泥浆的黏度，在水压作用下嵌入开挖面，在开挖面上形成致密的泥膜，降低滤失量，平衡土压，起到增强井壁稳定的作用。
在上述实施例中，所述絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺，其中，所述选择性絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺通过其电离基团与线性柔链可以选择性地捕捉、聚沉泥浆中的细微惰性岩屑，而保留造浆粘土仍然分散在泥浆体系中，从而提高非开挖泥浆的再生回收利用率，减轻环保压力，促进工程的质量、效率与安全。
在上述实施例中，所述提黏剂为改性淀粉。
在上述实施例中，所述降滤失剂为低黏聚阴离子纤维素，降滤失剂能吸附在黏土表面形成吸附层，以阻止黏土颗粒絮凝变大，能把在钻井液循环搅拌下所拆散的细颗粒通过吸附作用稳定下来，不再粘结成大颗粒。这样增加了细颗粒的比例，有利于形成致密泥饼，从而起到降滤失效果。
在上述实施例中，所述解减磨泥包剂为复配乳化油，其中，所述复配乳化油由质量比为1:1:20的十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠和皂化油复配而成，所述减磨解泥包剂能大幅降低钻头与地层的摩擦系数，降低钻头的磨损量，且能降低泥浆与钻头的黏附系数，缓解钻头泥包现象。
请参考图1，本发明的实施例1-3提供了制备适用于卵砾石地层泥浆体系的方法。
<实施例1>
向1000mL水中加入2.5g核桃壳和7.5g木屑，并在6000r/min的搅拌条件下搅拌10min，得到混合溶液A；向混合溶液A内加入40g钠基膨润土，并在100r/min的搅拌条件下搅拌15h，得到混合溶液B；向混合溶液B内依次加入4g Sg植物胶、1g阳离子聚丙烯酰胺、1g改性淀粉、5g低黏聚阴离子纤维素、0.5g十二烷基苯磺酸钠、0.5g十二烷基磺酸钠、10g皂化油和1g氢氧化钠，并在6000r/min的搅拌条件下进行充分搅拌，直至搅拌均匀后，即可得到所述适用于卵砾石地层非开挖泥浆体系。
<实施例2>
向1000mL水中加入2.5g核桃壳和7.5g木屑，并在6000r/min的搅拌条件下搅拌10min，得到混合溶液A；向混合溶液A内加入40g钠基膨润土，并在100r/min的搅拌条件下搅拌15h，得到混合溶液B；向混合溶液B内依次加入4.5g Sg植物胶、1.5g阳离子聚丙烯酰胺、1.5g改性淀粉、5g低黏聚阴离子纤维素、0.5g十二烷基苯磺酸钠、0.5g十二烷基磺酸钠、10g皂化油和1g氢氧化钠，并在6000r/min的搅拌条件下进行充分搅拌，直至搅拌均匀后，即可得到所述适用于卵砾石地层非开挖泥浆体系。
<实施例3>
向1000mL水中加入2.5g核桃壳和7.5g木屑，并在6000r/min的搅拌条件下搅拌10min，得到混合溶液A；向混合溶液A内加入40g钠基膨润土，并在100r/min的搅拌条件下搅拌15h，得到混合溶液B；向混合溶液B内依次加入3.5g Sg植物胶、0.5g阳离子聚丙烯酰胺、0.5g改性淀粉、5g低黏聚阴离子纤维素、0.5g十二烷基苯磺酸钠、0.5g十二烷基磺酸钠、10g皂化油和1g氢氧化钠，并在6000r/min的搅拌条件下进行充分搅拌，直至搅拌均匀后，即可得到所述适用于卵砾石地层非开挖泥浆体系。
<对比例1>
向1000mL水中加入40g钠基膨润土，在6000r/min的搅拌条件下搅拌10min，直至搅拌均匀后，得到普通非开挖泥浆。
将实施例1-3制得的泥浆体系与对比例1制得的普通非开挖泥浆进行各项性能测试，其测试结果如下：
1、四种泥浆体系的基本性能评价
将上述实施例1-3制备的卵石地层非开挖泥浆和对比例1制得的普通非开挖泥浆进行对比，其各项基本性能对比结果如表1所示：
表1泥浆的基本性能参数对比表
Figure BDA0002284573650000061
由表1可见，相对普通非开挖泥浆，本发明制得的适用于卵石地层非开挖泥浆(实施例1、2、3)具有粘度高且滤失量小等优势，且滤失量最低仅4.1mL。
2、四种泥浆体系的润滑性评价
实验仪器：EP极压润滑仪。
实验方法：准备四个EP极压润滑仪试样杯，并将上述实施例1-3制备的卵石地层非开挖泥浆和对比例1制得的普通非开挖泥浆一一对应的倒入EP极压润滑仪试样杯中，采用EP极压润滑仪测试四个EP极压润滑仪试样杯内样品的润滑系数，其结果如表2所示：
表2泥浆的润滑系数对比表
Figure BDA0002284573650000062
Figure BDA0002284573650000071
由表2可知，相对普通非开挖泥浆，本发明制得的适用于卵石地层非开挖泥浆(实施例1、2、3)的润滑系数较小。
3、四种泥浆体系的膨胀量评价
实验仪器：HTP-2A高温高压膨胀测试仪。
实验方法：使用HTP-2A高温高压膨胀测试仪测试上述上述实施例1-3制备的适用于卵石地层非开挖泥浆的膨胀量值，并与对比例1制得的普通非开挖泥浆相比，其结果如表3所示：
表3泥浆的表面张力值对比表
泥浆类型 膨胀量(mm)
对比例1 1.223
实施例1 0.392
实施例2 0.356
实施例3 0.423
由表3可知，相对普通非开挖泥浆，发明提供的适用于卵石地层非开挖泥浆(实施例1、2、3)的膨胀量较小。
此外，本发明还绘制出对比例1制得的普通非开挖泥浆与上述实施例1-3制备的卵石地层非开挖泥浆的膨胀量值与时间变化趋势，其结果如图2所示，其中，图2中图例“清水+4％钠基膨润土”代表对比例1。
由上可知，本发明所述的泥浆体系具有独特的胶结物水敏膨胀抑制性，起到抑制卵砾石颗粒间胶结强度低的水敏性充填物膨胀的作用；能形成致密的泥膜，降低滤失量，平衡土压，从而增强井壁稳定性；能降低黏附系数，防止钻头泥包；有良好的流变性、降滤失性能和润滑性，能够满足盾构泥浆钻进的要求，且具有环保和低成本的优点；能够起到在穿越地层中未风化的坚硬卵石时有效减小钻具的扭矩、磨损和疲劳的作用，延长钻头轴承寿命，同时减小钻柱的摩擦阻力，缩短起下钻时间，减小施工动力。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系，其特征在于，以立方米计，每立方米的泥浆体系包括以下质量份的组分：
100份水、4份钠基膨润土、1份封堵剂、0.35～0.45份植物胶、0.05～0.15份絮凝剂、0.05～0.15份提粘剂、0.5份降滤失剂、1.1份减磨解泥包剂和0.1份氢氧化钠。
2.根据权利要求1所述的一种适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系，其特征在于，所述堵封剂由质量比为1:3的核桃壳与木屑组成。
3.根据权利要求2所述的一种适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系，其特征在于，所述核桃壳的平均直径为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系，其特征在于，所述植物胶为Sg植物胶。
5.根据权利要求1所述的一种适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系，其特征在于，所述絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺。
6.根据权利要求1所述的一种适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系，其特征在于，所述提黏剂为改性淀粉。
7.根据权利要求1所述的一种适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系，其特征在于，所述降滤失剂为低黏聚阴离子纤维素。
8.根据权利要求1所述的一种适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系，其特征在于，所述解减磨泥包剂为复配乳化油。
9.根据权利要求8所述的一种适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系，其特征在于，所述复配乳化油由质量比为1:1:20的十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠和皂化油复配而成。
10.一种制备如权利要求1-9任一项所述的适用于卵砾石地层非开挖泥浆体系的方法，其主要包括以下步骤：
S1、向水中加入封堵剂，在6000r/min的搅拌条件下搅拌10min，得到混合溶液A；
S2、向S1中的混合溶液A内加入钠基膨润土，并在100r/min的搅拌条件下搅拌15h，得到混合溶液B；
S3、向S2中的混合溶液B内依次加入植物胶、絮凝剂、提粘剂、降滤失剂、减磨解泥包剂和氢氧化钠，并在6000r/min的搅拌条件下进行充分搅拌，即可得到适用于卵砾石地层的非开挖泥浆体系。
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