泥漿在勘察鉆探施工中的使用探析

【摘要】：本文作者結合自身工作實踐，在分析各類常用制漿材料、化學處理劑性能的基礎上，介紹了鉆探施工中泥漿制備、性能調整等內容，以期為鉆探施工中泥漿的配制、使用及管理提供借鑒。

【關鍵詞】：鉆探施工；泥漿；化學處理劑；泥漿性能

1制漿材料的選擇

1.1制漿黏土

黏土是泥漿制備的主材，按組分的不同其可以分為多種類型，實際使用時應根據用途加以合理選擇。如：通常選擇膨潤土（其主要成分為蒙脫石）制作一般性勘察鉆孔用泥漿，該類黏土具有高水化性、強吸附性等優點；此外，常選擇以高嶺石、伊犁石等為主的黏土材料制備泥漿用于淺表鉆孔施工、堵漏等其他施工。

1.2化學處理劑

（1）降黏劑

常用的降黏劑包括：純堿（Na2CO3）、鐵鉻木質素磺酸鹽（FCLS）、腐殖酸鉀（KHM）等。其中，純堿（Na2CO3）可以顯著改變黏土顆粒性狀，增強黏土水化分散能力，形成分散穩定的狀態；鐵鉻木質素磺酸鹽（FCLS）可以破壞泥漿中原有的網狀結構，釋放自由水進而削弱泥漿的剪切力。但由于鐵鉻木質素磺酸鹽（FCLS）本身為弱酸性材料，使用時需要控制其使用量；腐殖酸鉀（KHM）是實踐中使用較多的一種降黏劑，使用效果較好，其具有抑制井壁地層水敏、預防塌孔的作用。

（2）降失水劑

在泥漿中摻加降失水劑的主要目的是為了減少泥漿中自由水向井壁內的滲透，避免井壁土體因自由水滲透膨脹而出現塌孔、鉆孔縮徑等問題。常用的將失水劑包括羧甲基纖維素鈉、煤堿劑、水解聚丙烯腈等。

（3）加重劑

加重劑多為顆粒為200目的重晶石粉，泥漿中添加加重劑后其密度、黏度以及凝膠濃度等都會提高，有利于處理涌水鉆孔時出現的壓涌問題。

（4）絮凝劑

常用的絮凝劑包括聚丙烯酰胺（PAM）和水解聚丙烯酰胺（PHP）等。絮凝劑在泥漿中發揮的效用因其水解度的不同也有所差異：水解度在10%以下時，絮凝劑發揮全絮凝作用；水解度在30%左右時，則其主要發揮選擇性絮凝作用，該作用能將泥漿中劣質黏土顆粒以及鉆進作業形成的巖粉絮凝沉淀，實際使用時多將絮凝劑水解度控制在30%作業進而保證其選擇性絮凝作用的發揮。

1.3水

泥漿制備時，優先選用自來水。考慮到野外勘察鉆探施工的實際環境，完全采用自來水較為困難，此時就需要就地取水進行泥漿制備。需要嚴格控制水中鈣離子和鈉離子濃度以及pH值，防止由于水體質量不達標而影響泥漿穩定性能。

2泥漿的性能指標

2.1密度

一定體積泥漿與相同體積水質量的比值稱為泥漿的密度。根據實踐經驗，通常將泥漿的密度控制在1.05～1.15t/m3范圍內。在確定具體指標數值時，應綜合考慮鉆孔地層穩固狀態、地下水承壓情況以及鉆進效率等因素。在實際鉆進施工中，常出現泥漿密度偏大的情況，這種情況會降低鉆速、提升泵壓，不利于鉆進施工正常開展。為此，可在泥漿中適時添加水解度在30%左右的聚丙烯酰胺（PAM），將泥漿中劣質黏土成分等雜志選擇性絮凝沉淀。

2.2黏度

黏度指標其實質是泥漿中固相顆粒之間、固液相之間以及泥漿分子之間的摩擦力。該項指標的數值受到實際鉆孔孔壁穩定性、鉆孔漏失以及鉆進效率等多因素的影響，一般正常地層中鉆進取值為18～22Pa.S。實際施工時，可根據現場實際情況，選擇在泥漿中添加增（減）黏劑或者及時更換新鮮泥漿。

2.3失水量

單位時間內泥漿中自由水在一定壓力下對外釋放以及向孔壁內滲透的水量即為失水量。泥漿失水是正常現象，但也需要采取措施將失水量控制在一定范圍內，否則失水量過大易導致孔壁黏土結構破壞、支撐力下降，同步在孔壁表面形成的松散泥皮還會削弱泥漿護壁效果甚至由于泥皮剝落發生事故。實踐表明，泥漿失水量的合理控制范圍為每半小時18～30mL。

2.4含砂量

采用篩網過濾泥漿，其中無法通過200目篩網的砂子與泥漿體積的比值（百分比）即為含砂量。泥漿含砂量與勘察鉆進施工安全、鉆進機具磨損以及鉆進效率等息息相關。實踐證明，需要將含砂量控制在3%以內，否則易導致孔壁土體松散、失穩，鉆進機具過度磨損、故障，增加施工材料消耗量等問題發生。實際施工過程中，可通過在泥漿中摻入水解聚丙烯酰胺（PHP）等選擇性絮凝砂等雜質或陳漿排放等措施減少泥漿含砂量。

2.5pH值

工程中要求泥漿呈弱堿性，通常控制其酸堿度（pH值）為8～9以保證泥漿中化學處理劑能夠充分發揮功效。

2.6切力

泥漿切力分動靜兩種，分別代表泥漿在流動和靜止狀態下結構強度。

2.7穩定性

通常采用經24h靜置后泥漿的上下層間的密度差值來表征泥漿穩定性，其數值通常控制為0.03g/cm3。

3不同地層中泥漿配制的調整策略

實際工程中，由于場地地質條件復雜的情況較為常見，因此，有必要綜合場地地層特征、孔壁穩定性等因素實時對泥漿進行調整。

（1）易塌、涌水層段。此時，需要采取措施提高泥漿黏度、減少泥漿失水量、提高泥漿密度，進而平衡地層壓力。實際操作時，可加大泥漿配置時黏土用量、添加CMC或PAN以及添加重晶石粉等。

（2）水敏膨脹層段。鉆進該類地層時，重點是增大孔壁泥皮密度、減少泥漿中自由水向孔壁內的滲透。比較有效的方法是在泥漿中適量添加失水劑CMC、KHM、PAN。

（3）造漿地層段。鉆進該類地層時，常會出現泥漿黏度、切力增加的情況，會導致糊鉆頭、不利于巖粉沉淀等問題，進而降低鉆進效率。為此，可根據現場情況選擇鈣化處理、添加新鮮低黏度泥漿稀釋處理或選擇性絮凝沉淀等方法進行處理。

（4）漏水層段。在漏水層段，除可采取在泥漿中加大黏土用量、添加CMC、PAN等措施來增大泥漿黏度和切力外，還可在泥漿中添加水解度30%左右的PAM，通過形成的絮凝沉淀物將漏水通道填充堵塞。

4結語

泥漿作為鉆探施工時必不可少的一種材料，其具有平衡鉆孔自由面壓力、減少地下水向鉆孔內以及泥漿中自由水向孔壁內的滲透等作用，可防止孔壁縮徑、坍塌，有效保證孔壁穩定。此外，泥漿的循環作用還可將鉆進作業時產生的巖粉及時帶出，同步起到冷卻鉆頭、潤滑鉆具的作用。作為鉆探技術人員，應當根據鉆探地層的實際請，合理選擇各種制漿材料、優化各種制漿材料用量配比，同時要善于根據工程實際需要采取有效措施對泥漿各項性能指標進行調整。

參考文獻：

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作者簡介：于學東（1963—），男，江蘇淮安，江蘇省水文地質工程地質勘察院，鉆探技師，本科，主要從事工程地質水文地質鉆探及管理工作。