水平定向鉆泥漿配制

□于洪濤（周口市水利建筑工程局）

1 工程概況

河南省南水北調(diào)受水區(qū)周口供水配套工程施工十標(biāo)段，由河南省水利第二工程局施工，管線穿越沙穎河設(shè)水平定向鉆1處。該處起點(diǎn)位于周口市東環(huán)路與七一路交叉口北約600m處，緊鄰東環(huán)路與沙河大橋平行布置，起點(diǎn)樁號(hào)為140+350.44，終點(diǎn)樁號(hào)為141+249.13。設(shè)計(jì)為雙管定向鉆（兩道涂塑復(fù)合鋼管DN1000，壁厚16mm，內(nèi)EP，外PE），兩管間距20.20m（外壁-外壁），曲線段的曲率半徑為1800D，定向鉆入土角與出土角的角度為7°，入土點(diǎn)與出土點(diǎn)的水平距離為523.23m，單根管道穿越長度525.92m。河底最低點(diǎn)管道中心線高程為23.33m，管道水平段埋深14m。

場(chǎng)區(qū)地下水類型為第四系孔隙潛水，潛水主要賦存于粉質(zhì)壤土和細(xì)砂中，地下水位高程一般在42.75～43.35m左右，建基面位于地下水位以下，含水細(xì)砂層為中等透水性、富水性好，具微承壓性，場(chǎng)區(qū)粘性土屬弱透水性，細(xì)砂層屬中等透水性，滲透系數(shù)K=5.00×10-3cm/s。施工區(qū)地貌單元為沖積傾斜平原，微地貌為河谷地貌，河谷呈“U”形，坡岸較陡，兩岸發(fā)育有漫灘。自西北向東南流經(jīng)場(chǎng)區(qū)，常年有水。河底高程約37.90～39.70m，河面寬約180m左右，勘測(cè)期間水位在43.20m左右。

2 定向鉆泥漿配制

泥漿是水平定向鉆穿越工程中的關(guān)鍵因素，被稱為穿越工程定向鉆的“血液”，其作用主要是懸浮和攜帶鉆屑并將其排至地表或指定位置、穩(wěn)固孔壁、降低鉆進(jìn)時(shí)鉆機(jī)的扭矩以及推拉力、冷卻和沖洗孔底鉆具等。泥漿的主要工藝性能是流變性和失水造壁性，現(xiàn)場(chǎng)控制的主要性能指標(biāo)是粘度、密度、濾失量和含砂量。而對(duì)于水平定向鉆施工，要求泥漿具有一定的特性，保證水平定向鉆成孔效果以及在擴(kuò)孔、管道回拖過程中的穩(wěn)定性；并要求在施工過程中注意觀察井眼泥漿返回情況，以便準(zhǔn)確判斷鉆進(jìn)及回拖過程中不同穿越地層的地質(zhì)情況，優(yōu)化泥漿配方，調(diào)節(jié)泥漿性能，確?？锥吹姆€(wěn)定及施工成孔的進(jìn)行。特別在管道回拖過程中，提高泥漿的潤滑性，降低摩阻，增強(qiáng)攜砂、巖效果。按照穿越不同地質(zhì)、穿越長度及穿越管徑，需在鉆導(dǎo)向孔、預(yù)擴(kuò)孔及回拖過程中采取泥漿護(hù)壁措施，具體措施除保證傳統(tǒng)配比外（表1），再按一定比例加大泥漿材料用量，從而達(dá)到提高泥漿粘度，保證孔壁安全（用有泥漿測(cè)試儀每兩小時(shí)測(cè)量一次泥漿粘度）的效果。

表1 泥漿粘度表

沙穎河水平定向鉆工程穿越地層主要為粉細(xì)砂層，在導(dǎo)向孔、預(yù)擴(kuò)孔和回拖各階段對(duì)泥漿的性能要求都比較高，因此泥漿配比十分關(guān)鍵，直接影響鉆孔及管道回拖的成敗，故采用泥漿復(fù)合配方進(jìn)行施工，并強(qiáng)化各施工階段泥漿性能的調(diào)整。實(shí)際施工中泥漿基本配方為：1m3水+40～50 kg膨潤土+羧甲基纖維素鈉（CMC）適量，根據(jù)場(chǎng)區(qū)地質(zhì)條件，穿越工程泥漿粘度指標(biāo)控制在55～60 s。

在施工過程中用燒堿、純堿對(duì)泥漿pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，維持泥漿pH值在9～10之間。

2.1 各施工階段泥漿控制

2.1.1 斜孔段

泥漿的流動(dòng)性能要好，結(jié)構(gòu)性要強(qiáng)，保證鉆屑攜帶和孔眼清潔?？刂颇酀{的失水，防止孔壁坍塌，需增大固壁劑、降失水劑含量。

2.1.2 水平孔段

應(yīng)提高潤滑劑劑量，適當(dāng)降低粘度和切力，保證泥漿的流變性能良好，使鉆屑順利返出地面。增強(qiáng)泥漿的潤滑性能，減小鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)及推進(jìn)阻力。

2.1.3 擴(kuò)孔段

增強(qiáng)泥漿的造壁性能，防止孔壁坍塌，需要增大固壁劑，降低失水劑劑量。

2.1.4 回拖段

提高泥漿的潤滑性，以降低摩擦阻力，增強(qiáng)攜屑效果，需提高潤滑劑量。

3 泥漿的回收和處理

3.1 泥漿處理池選擇

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，在出、入土點(diǎn)工作坑的兩側(cè)，各挖一座泥漿處理池，使廢棄的泥漿流入泥漿處理池中，以便于在管線回拖完畢后，進(jìn)行泥漿外運(yùn)或作深埋處理，保證其處理的效果符合環(huán)保要求。

3.2 出、入土點(diǎn)的泥漿回收處理問題

如返漿量很大，無法就地處理的情況下，應(yīng)采用泥漿回收處理系統(tǒng)進(jìn)行回收利用。

3.3 泥漿的外運(yùn)問題

采用罐車外運(yùn)的辦法解決，裝車容量應(yīng)為15～20m3，裝車前用振動(dòng)篩進(jìn)行一級(jí)處理，清除大顆粒鉆屑，然后用污泥泵抽到罐車，運(yùn)至處理地點(diǎn)。出入土點(diǎn)應(yīng)準(zhǔn)備相應(yīng)振動(dòng)篩用電源、大排量污泥泵、水龍帶、沖洗設(shè)備等機(jī)具。

泥漿的處理應(yīng)與當(dāng)?shù)卣颦h(huán)保部門簽訂協(xié)議，可采用外運(yùn)、掩埋、回收等處理手段。掩埋處理應(yīng)采取穩(wěn)妥的安全措施，并告知附近居民，處理的結(jié)果必須達(dá)到當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的認(rèn)可。

4 施工階段泥漿用量控制

4.1 鉆導(dǎo)向孔階段

導(dǎo)向孔鉆進(jìn)階段是管線穿越的關(guān)鍵，因?yàn)楣芫€穿越孔還沒有貫通，因此在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)的過程中，穿越泥漿是在盲孔中向入土點(diǎn)返出，如果入土點(diǎn)前端孔堵塞，則有可能在穿越沿線冒出泥漿，因此在管線導(dǎo)向孔的前100m，將采取較大的泥漿量，泥漿的流量較大以便于攜帶出破碎的泥土，使孔洞保持暢通。在導(dǎo)向孔的后半段，泥漿壓力應(yīng)盡量減小，因?yàn)榇┰骄嚯x越長泥漿很難再從入土點(diǎn)孔洞內(nèi)返出。

4.2 擴(kuò)孔階段

開始擴(kuò)孔的前半段，要采取比較大的泥漿量，充分利用泥漿的流動(dòng)把孔內(nèi)的泥土帶到出土點(diǎn)。當(dāng)擴(kuò)孔中段，泥漿量應(yīng)減小，因?yàn)榫嚯x出土點(diǎn)與入土點(diǎn)都比較遠(yuǎn)，泥漿從這兩點(diǎn)返出需要的壓力較大，如果采取大的泥漿壓力可能從沿線位置冒出泥漿。在回?cái)U(kuò)到距離入土點(diǎn)較近時(shí)泥漿排量應(yīng)再次加大，泥漿將從入土點(diǎn)孔洞返出。

4.3 回拖階段

回拖是定向穿越的最后一步，也是較為關(guān)鍵的步驟。在管線回拖階段，因?yàn)檎麄€(gè)穿越孔內(nèi)已充滿了泥漿，在回拖管線的過程中，泥漿的排量與壓力均不應(yīng)太大，隨著管線進(jìn)入穿越空洞，孔內(nèi)的泥漿將被管線擠出，因此管線回拖應(yīng)緩慢進(jìn)行。

[1]尹東莉，劉麗妍.水平定向鉆技術(shù)在天然氣管道穿越工程的應(yīng)用[J].煤氣與熱力，2009（12）.