專利名稱：巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種巖土鉆孔工程用泥漿，具體涉及ー種巖土鉆孔工程或鉆挖槽工程中用于護(hù)壁的交聯(lián)型低固相泥漿及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，巖土鉆孔工程在國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中發(fā)揮著越來越大的作用，已廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)資源勘探和部分礦產(chǎn)的開采、水文地質(zhì)勘探、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)勘察、地質(zhì)災(zāi)害的防治與環(huán)境治理、エ民建和道路橋梁的基礎(chǔ)工程、科學(xué)鉆探等領(lǐng)域。在諸領(lǐng)域的鉆孔(或鉆挖槽)工程施工中，經(jīng)常遇到風(fēng)化、松散、破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育、礦層蝕變帶、遇水膨脹(水敏性)等復(fù)雜地層，該類巖土層孔壁極不穩(wěn)定，容易發(fā)生坍塌、漏失、掉塊、卡鉆、埋鉆、井斜、取心困難等鉆孔事故。為了保證復(fù)雜地層孔壁的穩(wěn)定性，實(shí)踐中使用固壁性能好的泥漿(亦稱之為沖洗液，或鉆井液)來確保復(fù)雜地層孔壁穩(wěn)定性、提高鉆孔工程質(zhì)量、提高鉆進(jìn)效率和降低生產(chǎn)成本。自有回轉(zhuǎn)鉆孔法以來，巖土鉆孔工程泥漿經(jīng)歷了五個發(fā)展階段①清水和自然造漿階段，該階段的鉆孔工程泥漿為第一代沖洗液，其中無任何處理劑；②細(xì)分散泥漿階段，該階段的泥漿為第二代沖洗液，其中固相含量高，粘土高度分散；③粗分散泥漿階段，該階段的泥漿為第三代沖洗液，其中固相含量適中，粘土適度分散；④不分散低固相泥漿階段，所述泥漿為第四代沖洗液，其中固相含量低，粘土不分散；⑤聚合物型無固相沖洗液階段，該階段的泥漿為第五代沖洗液，其中不含粘土固相。上述第四代沖洗液即不分散低固相泥漿中的“低固相”是指泥漿體系中的固相含量(造漿粘土和鉆碴等所有固相)按體積計(jì)不超過4%，由此使得機(jī)械鉆速提高，尤其是在硬巖鉆進(jìn)中效果更為明顯；而所謂不分散有3層含義一是高聚物存在抑制了造漿粘土顆粒的分散而使其顆粒直徑保持較大不分散；ニ是對進(jìn)入泥漿體系的巖屑起絮凝作用，不便其分散，利于除碴浄化泥漿；三是對井壁不起分散作用而起抑制保護(hù)作用。目前，這種泥漿已成為我國鉆井部門使用的主要泥漿類型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低成本且?guī)r土鉆孔工程或鉆挖槽工程中護(hù)壁性能較好的交聯(lián)型低固相泥漿及其制備方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是ー種巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿，包括下述重量份的組分膨潤土 15 40份、純堿2 5份、增粘聚渣劑O. 8 I. 6份、交聯(lián)劑O. I O. 4份、水950 985份。上述增粘聚渣劑為水解聚丙烯酰胺，水解聚丙烯酰胺的分子量為500萬 1200 萬，水解度為25% 35%。上述交聯(lián)劑為硫酸鋁或氯化鋁。
ー種如上所述的巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿的制備方法，包括如下步驟
①將純堿總量的60% 70%完全溶解于水中，然后將膨潤土加入純堿溶液中，攪拌使膨潤土分散均勻得到漿液后，靜置浸泡12h 24h完成膨潤土的預(yù)浸泡堿化處理后待用，其中所述漿液中膨潤土的濃度為15wt% 40wt%。②將增粘聚渣劑與余量的純堿干粉混勻后，邊攪拌邊加入水中，加畢攪拌15 30min后，靜置5 8小時預(yù)溶解后待用，所得溶液中增粘聚渣劑的濃度為O. 5 wt% 5wt%。③將交聯(lián)劑溶解于水中待用，所述交聯(lián)劑的濃度為lwt% 10wt%。
④將步驟①得到的堿化后的膨潤土漿倒入裝有余量水的容器中，攪拌均勻后，向容器中加入步驟②配置的增粘聚渣劑和純堿混合溶液，再次攪拌均勻后，加入步驟③準(zhǔn)備的交聯(lián)劑溶液，攪拌均勻后即得到巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿。上述步驟②中的增粘聚渣劑為水解聚丙烯酰胺，水解聚丙烯酰胺的分子量為500萬 1200萬，水解度為25% 35%。上述步驟③中的交聯(lián)劑為硫酸鋁或氯化鋁。上述步驟②中將增粘聚渣劑與余量的純堿干粉混勻后，若要加快水解聚丙烯酰胺在水中的溶解速度，混合粉末邊攪拌邊加入40 V 60 V的熱水中。本發(fā)明具有積極的效果
(I)本發(fā)明的交聯(lián)型低固相泥漿不僅兼顧了第四代和第五代沖洗液的優(yōu)異性能，同時與目前已有的第四代沖洗液即不分散低固相泥漿相比，本發(fā)明泥漿的固相(指膨潤土及鉆屑)含量低，泥漿比重輕(密度< I. 10g/Cm3)，孔內(nèi)循環(huán)時攜帶鉆屑能力及在地面靜止時聚沉鉆屑能力都非常強(qiáng)；與目前已有的第五代沖洗液即聚合物型無固相沖洗液相比，本發(fā)明的泥漿中只包含ー種高分子聚合物，且用量較少，成本低，按目前處理劑市場價格計(jì)算，配制本發(fā)明的Im3泥漿成本為20 40元，而配制Im3聚合物型無固相沖洗液成本在80元以上。(2)本發(fā)明的交聯(lián)型低固相泥漿的粘度、API失水量、靜切力、流變性、吸附膠結(jié)性等性能指標(biāo)優(yōu)良密度彡I. 10g/cm3、漏斗粘度25 45s、API失水量(O. 7MPa壓差)10 22ml/30min ;漿液流型屬于賓漢流體或冪律流體，600轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)粘度讀數(shù)為20 40格、動切力2 5Pa、動塑比O. 48左右，具有良好剪切稀釋性和固壁作用，對松散砂及風(fēng)化破碎巖層具有較強(qiáng)的膠結(jié)護(hù)壁作用，有助于提高此類復(fù)雜地層孔壁的穩(wěn)定性，起到了“下金屬套管”的護(hù)壁作用。因此可廣泛用于各類地質(zhì)勘探工程、大口徑樁基工程、地下連續(xù)墻工程、水文水井工程等鉆孔(或鉆挖槽)工程施工領(lǐng)域。(3)本發(fā)明的交聯(lián)型低固相泥漿無毒環(huán)保，經(jīng)濟(jì)成本低，便于施工現(xiàn)場配制和使用，并且可回收重復(fù)使用。(4)本發(fā)明的交聯(lián)型低固相泥漿可與其他類型的泥漿交替使用，當(dāng)鉆進(jìn)松散、破碎、風(fēng)化嚴(yán)重的巖層時，下鉆具至孔底，通過鉆桿將配制好的交聯(lián)型低固相泥漿泵入孔內(nèi)循環(huán)鉆進(jìn)，隨著孔深增加，以及巖粉絮凝沉淀的消耗，需不斷補(bǔ)充所配漿液；當(dāng)鉆進(jìn)穩(wěn)定地層，靜止IOmin左右，可改用正常泥漿或清水鉆進(jìn)，也可繼續(xù)使用交聯(lián)型低固相泥漿鉆進(jìn)，而上部經(jīng)聚合物膠結(jié)過的復(fù)雜地層穩(wěn)定性不會降低。
具體實(shí)施方式
(實(shí)施例I)
本實(shí)施例的巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿的組分及含量為(単位kg/m3):膨潤土 20、純堿3. 6、水解聚丙烯酰胺I. 2、硫酸鋁O. 2、水975。 本實(shí)施例的泥漿中的交聯(lián)劑硫酸鋁還可以由其他鋁酸鹽如氯化鋁替代。本實(shí)施例的巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿的制備方法包括以下步驟
①將2. 4kg純堿倒入裝有IOOkg水的容器中，待純堿完全溶解后，向容器中加入20kg膨潤土，攪拌使膨潤土分散均勻后，浸泡12h 24h (本實(shí)施例中為16h),完成膨潤土的預(yù)浸泡堿化處理后待用。其中膨潤土選用產(chǎn)地為遼寧黒山或吉林九臺的膨潤土。感官性狀為白色或粉紅色粉末狀，水分含量不超過12%，粒度為100目 120目；膨潤土的主要礦物成分為蒙脫石，其含量為85wt%至90wt%，膨潤土的主要化學(xué)成分為氧化硅(遼寧黑山為67. 6wt%,吉林九臺為62. 7wt%)和氧化鋁(遼寧黑山為14. 0wt%，吉林九臺為14. 3wt%)，此外還含有K、Na、Ca、Mg、Fe、Ti等元素的氧化物。②將1.2kg白色水解聚丙烯酰胺干粉與I. 2kg純堿干粉混勻后，均勻加入裝有IOOkg水的帶攪拌的容器中，控制攪拌器的轉(zhuǎn)速為120 200r/min (本實(shí)施例中為150 r/min),邊緩慢加入邊進(jìn)行攪拌,確保無粉末的固結(jié)；加畢保持轉(zhuǎn)速繼續(xù)攪拌15min 30min(本實(shí)施例中為20min)后，靜置5 8小時待用。優(yōu)選的，若要加快水解聚丙烯酰胺在水中的溶解速度，可將水解聚丙烯酰胺干粉和純堿干粉加入40 60°C的熱水中。所述水解聚丙烯酰胺的分子量為500萬 1200萬，水解度為25% 35%。③將O. 2kg硫酸招加入IOkg水中，完全溶解后的得到的硫酸招溶液待用。④將步驟①堿化后的膨潤土漿倒入裝有余量即765kg水的容器中，攪拌均勻后，向容器中加入步驟②配置的水解聚丙烯酰胺和純堿混合溶液，再次攪拌均勻后，加入步驟
③準(zhǔn)備的硫酸鋁溶液，攪拌均勻后即得到巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿。本實(shí)施例的泥漿屬于賓漢流體，具體性能參數(shù)詳見下表I。(實(shí)施例2)
本實(shí)施例的巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿的組分及含量為(単位kg/m3):膨潤土 20、純堿2. 4、水解聚丙烯酰胺I. O、氯化鋁O. 17、水976. 43。其中的交聯(lián)劑氯化鋁還可以由其他鋁酸鹽如硫酸鋁替代。本實(shí)施例的泥漿的制備方法其余與實(shí)施例I相同，不同之處在于
步驟①中將I. 6kg純堿溶于IOOkg水中，膨潤土的浸泡時間為12h。 步驟②中將I. Okg水解聚丙烯酰胺干粉和O. 8kg純堿干粉混勻后加入水中溶解。步驟③中氯化鋁的加入量為O. 17kg。本實(shí)施例制備的泥漿屬于冪律流體，具體的性能參數(shù)詳見下表I。(實(shí)施例3)
本實(shí)施例的巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿的組分及含量為(単位kg/m3):膨潤土 30、純堿4. 5、水解聚丙烯酰胺I. 4、硫酸鋁O. 25、水963. 85。本實(shí)施例的泥漿的制備方法其余與實(shí)施例I相同，不同之處在于
步驟①中將3. Okg純堿溶于IOOkg水中，膨潤土的浸泡時間為18h。步驟②中將I. 4kg水解聚丙烯酰胺干粉和I. 5kg純堿干粉混勻后加入水中溶解。步驟③中硫酸鋁的加入量為O. 25kg。本實(shí)施例制備的泥漿屬于賓漢流體，具體的性能參數(shù)詳見下表I。
權(quán)利要求
1.一種巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿，其特征在于包括下述重量份的組分膨潤土 15 40份、純堿2 5份、增粘聚渣劑O. 8 I. 6份、交聯(lián)劑O. I O. 4份、水950 985份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿，其特征在于所述增粘聚渣劑為水解聚丙烯酰胺，水解聚丙烯酰胺的分子量為500萬 1200萬，水解 為25% 35%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿，其特征在于所述交聯(lián)劑為硫酸鋁或氯化鋁。
4.一種如權(quán)利要求I所述的巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿的制備方法，其特征在于包括如下步驟 ①將純堿總量的60% 70%完全溶解于水中，然后將膨潤土加入純堿溶液中，攪拌使膨潤土分散均勻得到漿液后，靜置浸泡12h 24h完成膨潤土的預(yù)浸泡堿化處理后待用，其中所述漿液中膨潤土的濃度為15wt% 40wt% ； ②將增粘聚渣劑與余量的純堿干粉混勻后，邊攪拌邊加入水中，加畢攪拌15 30min后，靜置5 8小時預(yù)溶解后待用，所得溶液中增粘聚渣劑的濃度為O. 5 wt% 5wt% ； ③將交聯(lián)劑溶解于水中待用，所述交聯(lián)劑的濃度為lwt% 10wt%; ④將步驟①得到的堿化后的膨潤土漿倒入裝有余量水的容器中，攪拌均勻后，向容器中加入步驟②配置的增粘聚渣劑和純堿混合溶液，再次攪拌均勻后，加入步驟③準(zhǔn)備的交聯(lián)劑溶液，攪拌均勻后即得到巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿的制備方法，其特征在干步驟②中的增粘聚渣劑為水解聚丙烯酰胺，水解聚丙烯酰胺的分子量為500萬 1200萬，水解度為25% 35%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿的制備方法，其特征在于步驟③中的交聯(lián)劑為硫酸鋁或氯化鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿的制備方法，其特征在于步驟②中將增粘聚渣劑與余量的純堿干粉混勻后，邊攪拌邊加入40°C 60°C的熱水中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種巖土鉆孔或鉆挖槽工程護(hù)壁用交聯(lián)型低固相泥漿及其制備方法，泥漿由膨潤土、純堿、增粘聚渣劑、交聯(lián)劑以及水組成。泥漿的制備方法是先將堿化后的膨潤土漿加入水中進(jìn)行攪拌至均勻后，然后向漿液中加入增粘聚渣劑溶液，攪拌至均勻狀態(tài)，最后加入交聯(lián)劑溶液及剩余水量，攪拌至均勻狀態(tài)。本發(fā)明泥漿的固相含量低，泥漿比重輕，孔內(nèi)循環(huán)時攜帶鉆屑能力及在地面靜止時聚沉鉆屑能力都非常強(qiáng)；對松散砂及風(fēng)化破碎巖層具有較強(qiáng)的膠結(jié)護(hù)壁作用，有助于提高此類復(fù)雜地層孔壁的穩(wěn)定性。本發(fā)明的交聯(lián)型低固相泥漿無毒環(huán)保，經(jīng)濟(jì)成本低，便于施工現(xiàn)場配制和使用，并且可回收重復(fù)使用。
文檔編號C09K8/512GK102676138SQ201210180328
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者代國忠, 劉衛(wèi)星, 史貴才, 張亞興, 李文虎, 蔣曉曙, 錢紅萍 申請人:常州工學(xué)院