一种适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方的制作方法

本发明涉及非开挖泥浆
技术领域：
，特别是一种适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方及其制备方法
背景技术：
：卵砾石地层在我国较为常见，其一般被发现于浅层，是较为常见的一种复杂地层。在砂土层、卵砾石层等破碎地层中进行非开挖施工时，由于卵石颗粒之间几乎没有黏聚力，导致地层强度较低，掘进过程中孔壁易失稳坍塌，极难成孔。当卵砾石颗粒间有胶结物填充时，卵砾石地层有一定的胶结强度，但胶结物一般为水敏性矿物，吸水易膨胀，常规非开挖泥浆没有抑制性，导致胶结物吸水膨胀破坏地层稳定性使孔壁失稳。且在卵砾石地层中进行非开挖施工，由于卵砾石硬度大，进尺效率低，钻头在钻进过程中磨损一般较严重当卵砾石地层与粘土地层复合时，除了因卵砾石层的承载力过小易造成孔壁垮塌外，粘土易附着在钻头造成泥包钻头，钻头的切削刃被粘土包裹，在钻进过程中无法切削地层，以至于打不动钻。粘土附着钻杆上，增加钻具的摩擦阻力，导致拖不动管。非开挖工程现场需要一种适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方，其具有一定的密度、粘度、滤失量等，能“托起”卵砾石层，维持孔壁的稳定。具有一定的润滑能力，加快进尺效率，减缓刀头磨损。具有一定的抑制水敏能力，防止卵石颗粒间的水敏性胶结物吸水膨胀，破坏地层稳定性，导致孔壁失稳。同时具有一定的解泥包能力，防止非开挖钻进粘土地层时过度泥包，钻具和地层摩阻力过大。技术实现要素：有鉴于此，本发明的实施例提供了一种适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方。本发明的实施例提供一种适用于特大直径隧道盾构泥浆，由以下质量份原料制备，水100份、分散成膜剂4-6份、降滤失剂0.1-0.2份、提粘剂0.2-0.4份、润滑减阻剂1-2份、水敏抑制剂0.4-0.6份。进一步地，所述分散成膜剂为钠基膨润土，分散成膜剂可以水化形成胶体，提高泥浆的黏度，在泥浆正压力作用下渗入孔壁，在开挖面上形成致密的泥膜，使泥浆压力有效的作用于孔壁，起到增强孔壁稳定的作用。进一步地，所述降滤失剂为低黏聚阴离子纤维素，其吸附在膨润土颗粒表面，以阻止膨润土颗粒絮凝变大，不再粘结成大颗粒。使细微颗粒良好的分散在泥浆中，有助于形成致密泥饼，从而起到降滤失效果。进一步地，所述提粘剂为高粘cmc。进一步地，所述润滑减阻剂为复配乳化油，所述润滑减阻剂由十二烷基苯磺酸钠、sp-80、机油和皂化油复配而成，对应质量比为1:2:6:8，所述润滑减阻剂能大幅降低钻具与地层间的摩擦系数，降低钻头的磨损量，同时还能起到预防泥包钻具效果。进一步，所述水敏抑制剂为聚丙烯酰胺和soltex。当卵砾石颗粒间水敏胶结物接触泥浆时，水敏性胶结物表面呈现正电荷，此时泥浆中带负电荷的soltex会被吸附在胶结物上，从而抑制水敏性胶结物的水化膨胀。该适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方，具有以下有益效果，1)具有良好的流变性，在非开挖钻进过程中，泥浆粘度低，钻进阻力小，携岩效果好，在非开挖施工暂停时，泥浆能形成一定强度的空间网状结构，防止孔壁失稳坍塌；2)具有极佳的润滑减阻性能，在非开挖钻进卵石地层时，能有效降低钻具与岩石间的摩阻力，加快进尺速度，延长钻头寿命；3)具有一定的水敏抑制性，卵石地层胶结物常为水敏性矿物，遇水膨胀导致卵石地层松动加剧了孔壁失稳，通过调节泥浆使其具有一定的水敏抑制性可以抑制卵石地层胶结物的水敏膨胀，维持卵石地层孔壁的稳定性；4)具有良好的封堵性，能形成致密泥膜，降低失水量，有效平衡地层压力，保持孔壁的稳定性。5)具有一定的预防泥包作用，泥浆的黏附系数低，能在一定程度上预防钻头钻杆的泥包现象。附图说明图1为本发明实施例对比数据示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：一种适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方，由以下质量份原料制备，水100份、分散成膜剂4-6份、降滤失剂0.1-0.2份、提粘剂0.2-0.4份、润滑减阻剂1-2份、水敏抑制剂0.4-0.6份。本发明的实施例还提供了一种适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方的制备方法，包括以下步骤：(1)称取100质量份的水，并在水中加入1-2质量份的润滑减阻剂，在6000r/min转速搅拌条件下搅拌10min，搅拌均匀；(2)在100r/min搅拌条件下向所述步骤(1)中的溶剂中加入4-6质量份分散成膜剂，搅拌16h；(3)在600r/min搅拌条件下向所述步骤(2)中的溶剂中加入0.4-0.6质量份水敏抑制剂，搅拌30min；(4)在6000r/min转速搅拌条件下，依次向所述步骤(3)中的溶剂中加入降滤失剂0.1-0.2质量份、提粘剂0.2-0.4质量份，搅拌均匀得到一种适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方。实施例1一种适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方，由以下原料制备，水1000ml、钠基膨润土40g、低黏聚阴离子纤维素1g、高粘钠羧甲基纤维素2g、润滑减阻剂10g、水敏抑制剂4g。制备方法：(1)称取1000ml的水，并在水中加入0.59g十二烷基苯磺酸钠(as-12)、1.18gsp-80、3.53g机油和4.7g皂化油，在6000r/min转速搅拌条件下搅拌10min，搅拌均匀配置10g润滑减阻剂；(2)在100r/min搅拌条件下向所述步骤(1)中的溶剂中加入钠基膨润土40g，搅拌16h；(3)在600r/min搅拌条件下向所述步骤(2)中的溶剂中加入3.33gsoltex，搅拌30min，再加入0.67g聚丙烯酰胺，搅拌30min；(4)在6000r/min转速搅拌条件下，依次向所述步骤(3)中的溶剂中加入低黏聚阴离子纤维素1g、高粘钠羧甲基纤维素2g，搅拌均匀得到一种适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方。实施例2一种适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方，由以下原料制备，水1000ml、钠基膨润土50g、低黏聚阴离子纤维素2g、高粘钠羧甲基纤维素3g、润滑减阻剂15g、水敏抑制剂5g。制备方法：(1)称取1000ml的水，并在水中加入0.88g十二烷基苯磺酸钠(as-12)、1.76gsp-80、5.29g机油和7.06g皂化油，在6000r/min转速搅拌条件下搅拌10min，搅拌均匀配置15g润滑减阻剂；(2)在100r/min搅拌条件下向所述步骤(1)中的溶剂中加入钠基膨润土50g，搅拌16h；(3)在600r/min搅拌条件下向所述步骤(2)中的溶剂中加入4.17gsoltex，搅拌30min，再加入0.83g聚丙烯酰胺，搅拌30min；(4)在6000r/min转速搅拌条件下，依次向所述步骤(3)中的溶剂中加入低黏聚阴离子纤维素2g、高粘钠羧甲基纤维素3g，搅拌均匀得到一种适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方。实施例3一种适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方，由以下原料制备，水1000ml、钠基膨润土60g、低黏聚阴离子纤维素2g、高粘钠羧甲基纤维素4g、润滑减阻剂20g、水敏抑制剂6g。制备方法：(1)称取1000ml的水，并在水中加入1.18g十二烷基苯磺酸钠(as-12)、2.35gsp-80、7.06g机油和9.4g皂化油，在6000r/min转速搅拌条件下搅拌10min，搅拌均匀配置20g润滑减阻剂；(2)在100r/min搅拌条件下向所述步骤(1)中的溶剂中加入钠基膨润土60g，搅拌16h；(3)在600r/min搅拌条件下向所述步骤(2)中的溶剂中加入5gsoltex，搅拌30min，再加入1g聚丙烯酰胺，搅拌30min；(4)在6000r/min转速搅拌条件下，依次向所述步骤(3)中的溶剂中加入低黏聚阴离子纤维素2g、高粘钠羧甲基纤维素4g，搅拌均匀得到一种适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方。1、泥浆基本性能评价将上述三实施例制备的非开挖泥浆和普通非开挖泥浆进行对比，普通非开挖泥浆配方如下，以每1000ml水中加入量计算：钠基膨润土60g。测试本发明中适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方基本性能参数，并用普通非开挖泥浆作对比，数据分析见表1。实验仪器：znn-d6s型六速旋转粘度计、zns-5a中压失水仪、苏氏漏斗。表1泥浆的基本性能参数对比表由表1可见，本发明提供的适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方(实施例1、2、3)相对于普通非开挖泥浆而言，表观粘度最高达36.5mpa·s，漏斗黏度最高达43s，且滤失量小，最低仅7.8ml。在卵石地层钻进过程中，能悬浮住卵石颗粒，有效的排除钻屑，保持孔壁的稳定性2、泥浆的润滑性评价实验仪器：ep极压润滑仪。实验方法：将上述三实施例制备的适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方倒入ep极压润滑仪试样杯中，测试润滑系数，并与清水、普通非开挖泥浆的润滑系数进行对比，结果如下。表2泥浆的润滑系数对比表表明本发明提供的适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方(实施例1、2、3)，相对于普通非开挖泥浆润滑系数较小，能有效降低扭矩，减缓钻头磨损，加快施工进尺。3、金属钻具在泥浆浸泡后的接触角变化情况评价实验仪器：jc2000c型接触角测量仪。实验方法：(1)取钻具碎片，抛光后分别置于上述三实施例制备的适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方和普通盾构泥浆中浸泡16h；(2)将钻具碎片取出后在80℃下烘干15min；(3)使用jc2000c型接触角测量仪测试两种刀头与清水的接触角，结果如表4所示。表4钻具碎片在不同泥浆中浸泡后的接触角泥浆盾构刀头接触角/°普通非开挖泥浆33.4实施例142.1实施例246.2实施例347.6表明本发明提供的适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方(实施例1、2、3)浸泡的钻具碎片接触角较大，泥浆难以润湿井壁与钻具，在一定程度上证明实施例有一定的解泥包效果。4、泥浆的抑制性评价实验仪器：htp-2a高温高压膨胀测试仪表明本发明提供的适用于卵石粘土复合地层的非开挖泥浆配方(实施例1、2、3)，膨胀量明显低于水和普通非开挖泥浆的膨胀量，说明实施例有良好的抑制效果，能抑制地层孔壁的水化膨胀，减弱泥包现象。能抑制卵石地层的水敏胶结物，保持孔壁的稳定。以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3