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所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:240

副标题#e#
　　泥浆--水平定向钻机施工中的血液
　　秦少佳赵淑娟
　　保定市供水总公司河北保定071000
　　摘要：本文着重从泥浆的性能、应用方面阐述泥浆与水平定向钻机施工法的关系及其重要性。
　　关键词：水平定向钻机、泥浆
　　前言
　　作为一种新兴的朝阳产业，水平定向钻施工在中国经过十几年的发展已经成为管道施工中不可或缺的重要力量。在2009年出版的《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-2008)首次加入了水平定向钻施工法，也体现了它的重要性。但是不可否认的是在几年的施工过程中，我们也遇到了很多的麻烦，遭遇了多次施工的失败。特别是在大管道施工、沙质土层施工过程中，失败的几率更高。而其中由于泥浆(也叫钻进液)使用不当造成的失败占了很到的比例，可以说泥浆就像水平定向钻施工中的血液，只有血液的顺畅流动才能保证工程施工的顺利进行。
　　一、泥浆的基本概念：
　　泥浆的基本元素是水，再添加膨润土（Bentonite）、高分子聚合物（Polymer）等材料所组成。在实际应用中泥浆材料种类繁多，比较常用的有以下几种：
　　1、膨润土粉，在石油钻进施工中俗称红土，主要用作增加泥浆的粘度，减少水分在孔洞中的流失。
　　2、各种添加剂
　　（一）、增稠剂：聚丙烯酰胺，简称PAM，白色粉状，高分子材料，分子量80-1800万，分子量越高，越容易水解，搅拌泥浆质量越好。
　　（二）、堵漏剂：植物胶，树叶色粉状，粘性植物叶烘干研磨而成，属于高分子聚合物，具有粘结性好，吸水性强，膨胀率高，溶解后产生网状粘滞，形成高强度、致密的细薄滤饼膜，是一种比较好的泥浆材料。
　　(三)、润滑剂：速钻液，进口材料，棕色浓缩液体，高分子聚合物。可方便的与膨润土混合使用，提高泥浆的粘度和润滑性，防止粘土湿涨，帮助浮流出孔道内的钻屑。
　　（四）、降粘剂：粘土分散剂，在较粘的土层条件中使用，可减少扭矩，减少粘土结团或成球。这种添加剂在较粘的陶土条件中使用很有效，作为一种促薄剂来处理过度的粘况。
　　（五）、清屑剂：增加泥浆对钻屑的悬浮性能，帮助减少孔道内的堆积物，防止形成阻塞，有利孔道的清理和畅通。
　　（六）、PH值调节剂：工业纯碱（NaCO2）。主要用作调节泥浆的酸碱度，从而提高泥浆的作用。
　　二、泥浆的作用：
　　泥浆在孔洞内是流动的，它的基本作用有：
　　1、携带和悬浮钻屑
　　泥浆在孔洞内通过循环将钻头破碎的钻屑带到地面，以保持孔洞内清洁、通畅，同时可以防止因故停钻时沉沙卡钻等事故的发生。
　　2、稳定孔壁和平衡地层压力
　　孔壁稳定是实现安全、高效钻孔的基本条件。性能良好的泥浆借助液相的滤失作用，在孔壁上形成一层薄而韧的泥饼，以稳定已钻开的地层并阻止液相侵入地层，同时孔洞内充满泥浆可以防止坍孔。
　　3、冷却和润滑钻头、钻具
　　钻头不停地切削地层摩擦生热，会影响甚至烧毁信号棒。泥浆可以吸收热量并将之带出，从而起到冷却钻头、钻具，延长其使用寿命的作用。
　　4、降低钻进摩擦力
　　泥浆就是钻进过程的润滑剂，降低钻具与孔壁之间的摩擦力。
　　三、泥浆的品质及测量方法：
　　1、粘度是泥浆浓稠度的计量方法，通常采用马氏漏斗（右图）来测量，以秒数为单位。粘度的测量对水平定向钻来讲有重要性，和垂直钻进不同，悬浮力和滤失性在水平定向钻施工中比粘度还重要，过高的粘度是不利于钻进的，因为泥浆在泵入孔洞时压力很大，造成孔壁冲刷，泥浆在孔洞内必须维持稳定的流动，而“粘度”的定义就是“防止流动”。要达到好的悬浮力以及控制滤失过度有许多方法，不只是添加膨润土，它常常会造成泥浆太粘，所以要调配出具有良好剪切稀释性能的泥浆。
　　2、悬浮力是测量泥浆悬浮性的方法，可以采用旋转粘度仪（下图）测量。悬浮力在水平定向钻施工中非常#p#副标题#e#重要的特性，尤其是粗颗粒土层时（砂层、砾石层及岩层）。通常要求保持孔道的畅通，这样就能将钻屑和泥浆混合，使这些颗粒悬浮于泥浆中并排出孔外。泥浆就好像传送带一样，将钻屑运出，使得孔内不致沉淀钻屑而有足够空间能够拉管。有一观念很重要必须记住：水平定向钻施工孔内必须越干净越好，泥浆和钻屑的混合液有助于支撑上孔壁的土层，而钻屑不可能在没有悬浮力的泥浆中悬浮。
　　3、滤失性和泥膜是一个问题的两方面，两个特性是同时存在的，在砂层里泥膜的品质是相当重要的，它可以用来填缝造壁，稳定孔壁的整体性，好的泥膜其失水量必然很低。但在粘土层及页岩层，则恰恰相反，泥膜必须能够隔离水和粘土、页岩发生水合、膨胀，此时泥膜强度就变得比较次要。总之：要控制失水量就必须有好的泥膜。它品质的好坏由滤失仪（右图）测量。
　　4、泥浆比重是用来测量泥浆中钻屑含量，可以用以下的公式来计算钻屑的含量：（携带钻屑的泥浆比重—混配泥浆比重）/混配泥浆比重＝钻屑含量％
　　泥浆比重计量单位：公斤/立方米
　　依此数值来判定两件事情：（1）.判定孔内回流出的泥浆携带了多少钻屑，如果太高，表示必须加大泥浆的泵出量，或是放慢钻进和回扩的速度；（2）.可用来测量泥浆回收系统的效能。
　　5、含砂量是用来测定泥浆中砂的总含量，这不能和钻屑的总含量混淆，这里所指的含砂量是指泥浆中砂子颗粒大于200目而言，它的测量方法是用含砂计（图）测量，单位为百分比/总量。
　　6、PH（酸碱度）则用来判定调配泥浆水质的好坏，可以用PH试纸测量。PH值太低，表示水质呈酸性，需要用碱将PH值调整至介于8.5-9，这样做的主要目的是保证膨润土能够充分进行溶解
　　四、泥浆在施工中的具体使用
　　泥浆的使用必须视施工当地的地质状况而定。地质状况大致可分为两种基本形态：粗粒层及细粒层。对粗粒层（沙和砾石）而言，可以使用膨润土和膨润土加高分子聚合物进行混合；细粒层（粘土及页岩），则大都使用高分子聚合物加膨润土混合。在一般施工过程中，泥浆在粗粒层（沙和砾石）中的作用更加明显或重要，下面主要就在这方面做介绍。
　　1、粗粒层地质的特性：粗粒层地质结构松散，成孔困难，易坍孔；孔隙率高，泥浆消耗量大，泥浆漏失严重，容易形成渗流并扩大管涌；摩阻力大，钻进扭矩大，回拖力大，易磨损钻头、钻具；粗砂在泥浆中不易流动，在钻孔中易形成阻塞，造成抱管导致回拖失败。
　　2、在沙层和砾石层中钻进时，对泥浆要求如下：
　　第一，要求泥浆必须能留在孔内不流失。因为水会渗透沙层而流失，所以泥浆要能够在孔壁形成一层薄泥皮，粘附在孔壁上，防止泥浆的漏失，泥浆填满孔道后，将对孔壁产生压力，稳定孔壁，防止坍孔。
　　第二，要求泥浆在砂层及砾石层能提供“悬浮力”的功能，当泥浆和钻屑混合后它必须有足够的悬浮力将钻屑排出，如果泥浆没有悬浮力，则钻屑将会很快沉淀，更可怕的是拉管时极有可能造成管材“抱死”的问题。在水平定向钻机施工法中悬浮力比粘度重要的多，如果有必要则可考虑添加增加悬浮力的聚合物。
　　第三，要求泥浆能够减少粗粒层地质的摩擦力，减少钻进扩孔扭矩和回拖力，润滑钻头、钻具，延长钻头、钻具的使用寿命，为顺利回拖管道打好基础。
　　第四、粗粒层地质中泥浆的配方（一立方米水添加量）
　　对水质的要求是：PH值在8—9.5，可加入1.5—2公斤NaCO2进行调节；不含Ca2+、Mg2+离子；无固体杂质。
　　1号配方：膨润土10—17公斤；清屑剂2—3公斤；堵漏剂2—3公斤；润滑剂5升。
　　2号配方：高效膨润土17—22公斤；清屑剂3—4公斤；堵漏剂3—4公斤；润滑剂5升。
　　所谓配方只是总结以前经验得出的参考值，其实每个工程都有其自己的土层特性，需要我们因地制宜，不断改进、总结#p#副标题#e#、再改进才能取得更好的效果。
　　五、工程应用实例
　　1、工程位于保定市东三环黄花沟大桥处，设计De500*228米的PE供水管线穿越黄花沟底。河底埋深8米，沙质土层。用DDW-320型钻机施工。工程队进场施工10天，钻导向孔230米，河底深为9米，分别用Ф250、Ф350、Ф450、Ф650、Ф750扩孔器扩孔，扩孔工程中一直泥浆回流不太好，最后用Ф750扩孔器清孔两次，不见回转扭矩下降。停钻分析原因为河底为粗沙层，加大膨润土、堵漏剂用量，增加泥浆的粘度到50秒，沙被乳化悬浮，开始随泥浆返出孔口。再用Ф750扩孔器清孔时，回转扭矩明显下降，一直保持在5Mpa以内，说明孔内没有沉沙，成孔效果好，可以进行回拖铺管。用Ф750扩孔器回拖铺管，4小时10分钟完成铺管。
　　2、工程位于保定市东二环府河大桥处，设计De630*240米的PE供水管线穿越府河。河底埋深12米，沙质土层。用DDW-320型钻机施工。工程队进场施工15天，钻导向孔240米，河底深为12米，第一次钻导向孔至河底10米时，钻机给进力和扭矩都很大，钻杆弯曲变形严重，以至于无法向前钻进，不得以回撤钻杆。分析原因为泥浆稀，泥浆粘度低，泥浆全部渗入沙层，孔口不返浆，不成孔。改进泥浆配方，加大膨润土用量，并添加部分增稠剂、堵漏剂、润滑剂，泥浆粘度增大为45秒，顺利完成钻孔。用Ф250、Ф350、Ф450、Ф650、Ф750、Ф850扩孔器扩孔，出口返浆率高，携带出大量泥沙，最后用Ф850扩孔器清孔两次，回拖顺利完成。