非開挖施工中的泥漿問題分析及對策

2013-06-25 08:45:14李繼斌黃愛軍

中國信息化·學術版 2013年3期

李繼斌黃愛軍

【摘要】非開挖施工中，因為其施工特點和工程地質特點，對泥漿有特殊的要求：1.良好的流變性能，保證有較強的攜鉆屑能力；2.優良的潤滑性能，降低摩擦阻力，提高施工效率，防止卡鉆；3.較強的護壁作用，能在鉆孔壁形成一定力學強度的泥皮，防止泥漿漏失，維護孔壁穩定。本文結合非開挖施工的特點，分析了非開挖施工中的泥漿問題，并給出了處理對策。

【關鍵詞】非開挖泥漿潤滑泥餅

【中圖分類號】TE927 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0240-01

1 非開挖施工的特點

非開挖技術是指在不開挖地表的條件下探測、檢查、修復、更換和鋪設各種地下設施（主要包括各種管線）1、它的主要施工技術有：水平定向鉆進技術（HofizontalDirectionalDrilling）即HDD技術；2、頂管和夯管技術、微型隧道技術、以及爆管法和裂管法等管線修復技術。

非開挖施工技術大多應用于各種管線穿越河流、鐵路、公路、建筑物、構筑物等場合。因為其施工地點的緣故，所穿越地層大多為粘土、粉土、沙土、以及淤泥和砂層等軟弱地層，因此對泥漿有著許多特殊的要求，而且非開挖施工經常在城市和河流附近進行，又有一些特別要求，如：不影響交通、綠地，不污染水域和土壤，噪音小、施工迅速等。

2 對泥漿的特殊要求

非開挖技術因為其施工地點的緣故，所穿越地層大多為粘土、粉土、沙土、以及淤泥和砂層等軟弱地層，因此對泥漿有著許多特殊的要求：

（1）良好的流變性，保證有較強的攜帶鉆屑的能力；

（2）泥漿有較低的摩擦系數，良好的潤滑性能；

（3）有較強的護壁作用，在孔壁形成一定力學強度的泥皮，維護孔壁穩定，防止泥漿漏失。

3 泥漿的攜鉆屑能力

在非開挖施工中，泥漿最主要的作用就是攜帶鉆進過程中的鉆屑，因為非開挖施工中多為水平孔，因此要求泥漿有較強的攜帶鉆屑的能力，防止鉆孔過程中鉆屑沉積在鉆孔中形成鉆屑床，造成卡鉆及擴孔回拖困難等孔內事故。

目前，非開挖施工中泥漿體系主要有兩種，一種是在粘土地層中，清水鉆進，地層粘土自造漿；另一種是在粉土、沙土地層中使用水基泥漿，其基本配方為：清水加3%～6%的鈉基膨潤土。前一種做法是不合理的，因為清水鉆進，泥漿性能不易控制，在開始鉆進時，地層自然造漿，泥漿粘度小，井壁周圍的粘土很容易進入泥漿中，引起井壁侵蝕，造成井壁不穩定；當鉆進一段時間后，泥漿粘度又會變的很大，增大了鉆具與井壁的摩擦力，加大了能量損耗，而且容易形成較厚的泥餅，容易引起粘附卡鉆。

因此，非開挖施工中，一定要根據地層選用一種合適的泥漿體系，泥漿要有良好的流變性能，如：在粘土、粉土地層時，泥漿馬氏漏斗粘度控制在60～65s，在沙土、砂層時，粘度可適當大一些，因為沙礫顆粒較大，密度較重，需要更強的懸浮泥漿體系。而且，在不同階段，泥漿體系也要及時調整，如：在預擴孔和回拖階段泥漿粘度要提高5～10s。

主要使用的處理劑：

（1）鈉基膨潤土

鈉基膨潤土我們可以直接使用石油系統和地礦系統的鉆井用膨潤土，只是要注意在使用前，應該先做實驗，確定在特定地層的最優加量。不同的膨潤土，因為結構、成分和加工工藝不同，有不同的造漿率和泥漿性能，因此要特別注意。另外，在使用前，膨潤土泥漿要老化一段時間，因為膨潤土在水中水化和分散需要一定的時間。這個時間，在石油鉆井標準中要求24小時，在非開挖實際工作中可以適當減少。

（2）Na-CMC——鈉羧甲基纖維素

鈉羧甲基纖維素是一種常用的泥漿有機處理劑，它有高粘、中粘、低粘和速溶四種。在泥漿中，主要起增加粘度和降低失水的作用。通常，中粘CMC加量小于0.2%，根據實際情況，可以適當增加。

（3）HEC——羥乙基纖維素

HEC在泥漿中主要起增加粘度的作用，同時也有一定的護壁作用，加少量的HEC可以大幅度的提高泥漿的粘度，根據HEC型號的不同，加量小于0.1%。用HEC增粘的泥漿容易被酸、酶或氧化劑降解為碳氫化合物，沒有明顯毒性，不污染環境。

4 泥漿的潤滑能力

非開挖施工中泥漿的潤滑性能至關重要，比如頂管中，提高泥漿的潤滑性能，可以成倍的增加頂管長度、提高施工效率、縮短施工時間；在定向鉆施工中，可以降低回拖力，增加回拖距離，降低成本。目前，非開挖施工中，潤滑劑使用的還比較少，我們應該借鑒石油鉆井中打大位移井和水平井的做法，在泥漿中加入合適的潤滑劑，可以大幅度的降低泥漿的摩擦系數。

在此，我們可以從石油鉆井中借鑒以下潤滑劑作為非開挖泥漿中的潤滑劑：

（1）植物油基潤滑劑、植物油衍生物

這類產品的名稱很多代號很亂，各個廠家都用自己的名稱代號，如：潤滑劑RF、MY—1、RT441、磺化油腳DS848、FKl0、T862。其實這類產品的主要成分為各種表面活性劑和植物油以及一些油脂的下腳料。其加量一般為0.5%～2%，摩擦系數降低率為40%～60%。因為這類產品的主要成分為植物油，可以在自然環境中分解，所以比較環保，推薦使用。

（2）以柴油為基礎油與表面活性劑、有機物的混合物

這類產品的種類和名稱也比較多，如乳化渣油RH9051、RH-525、RH-3、FRH、改性柴油、6401、RT931。其主要成分為柴油、表面活性劑、礦物油等，加量一般為0.3%～2%，摩擦系數降低率為40%～70%。這類產品存在一定的污染問題，需要根據實際情況選擇使用。

（3）固體潤滑劑（含塑料小球、玻璃小球等）

固體潤滑劑的粒徑一般為10～50目，根據需要有一定的粒徑分布，加量一般為3%～6%。固體潤滑劑的特點是：a它粘附在井壁上能將鉆具與孔壁之間的面接觸轉化為點接觸，減少接觸面，降低摩擦系數；b固體潤滑劑能有效地降低泥餅的粘附系數；且固體潤滑劑的粒徑較大時，降摩阻的效果較好；隨著加量增大，降摩阻的效果亦愈好；c塑料小球，玻璃小球在一定條件下可以回收，重復使用，不污染環境。

5 泥漿的護壁能力

非開挖施工中，泥漿的另一重要作用就是，在孔壁形成一定力學強度的泥皮，維護孔壁穩定，防止泥漿漏失，尤其在一些松散地層和易坍塌地層，這個問題更為重要。根據非開挖施工的特點，目前使用的護壁堵漏材料主要有：

（1）化學漿液堵漏材料，如：脲醛樹脂、丙烯酰胺、水玻璃、硅酸鹽和各種合成乳膠。這類化學材料注入不穩定地層，形成凝膠，可以封堵漏失通道，提高孔壁的力學穩定性。

這類漿液的特點是：凝結時間可以自由調整，可以實現瞬時固化，滲透性和流動性好，漿液可以固化，價格較貴。

（2）無機凝膠物質堵漏材料，如：各種水泥漿及水泥混合漿液。在非開挖施工中，當遇到流沙層或比較嚴重的漏失地層時，可以采用這種方法堵漏。

6 結論

本文分析了非開挖施工的特點和一些常見的泥漿問題，并根據具體情況給出了具體的處理對策，在非開挖施工中，關于泥漿問題，我們要注意：

（1）用鈉基膨潤土造漿，保持泥漿有合適的流變性，有較強的攜帶鉆屑的能力，必要時加入適量的CMC和HEC；

（2）在泥漿中加入合適的潤滑劑，使泥漿有良好的潤滑性能，這樣可以大幅度提高施工效率，降低施工成本；

（3）遇到復雜地層和易漏失地層時，要用一些護壁材料和堵漏材料，使泥漿在孔壁形成一定力學強度的泥皮，維護孔壁穩定，防止泥漿漏失。

參考文獻：

[1]牛松山，章寅國.艱巨富有挑戰性的非開挖施工.非開挖技術，2003（20）4～5.