一种岩土钻孔工程用多聚合物型低固相泥浆及其制备方法与流程

本发明属于地质勘察工程及岩土工程，具体涉及一种岩土钻孔工程用多聚合物型低固相泥浆及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，岩土钻孔工程已广泛应用于矿产资源勘探和开采、水文地质与工程地质勘察、环境地质勘察、地质灾害的防治与环境治理、工业与民用建筑地基基础工程、道路与桥梁基础工程、水利坝基防渗等工程领域。在诸领域钻孔工程施工中，经常遇到风化、松散、破碎、节理裂隙发育、矿层蚀变带、遇水膨胀(水敏性)等复杂地层，该类岩土层孔壁极不稳定，容易发生坍塌、漏失、掉块等施工事故。如何确保复杂地层孔壁的稳定性是地下岩土工程施工需要解决的主要技术难题之一。工程实践表明，选用固壁性能好的泥浆是确保复杂地层孔壁稳定性、提高钻孔工程施工质量、降低生产成本的最有效途径之一。

2、将适量的聚合物、助联剂、膨润土有机地结合起来，配制出多聚合物型不分散低固相泥浆具有广阔的应用前景。所谓不分散低固相泥浆中的“低固相”是指泥浆体系中的固相含量(造浆黏土和钻碴等所有固相)按体积计不超过4％，由此使得机械钻速提高，尤其是在硬岩钻井中效果更为明显。而所谓不分散低固相泥浆中的“不分散”有3层含义：一是高聚物存在抑制了造浆黏土颗粒的分散，而使造浆黏土颗粒直径保持较大不分散；二是对进入泥浆体系的岩屑起絮凝作用，不使其分散，利于除碴和净化泥浆；三是对井壁岩土的胶结保护作用，使井壁岩土的稳定性增强，不分散到泥浆中。

3、但是，目前岩土钻孔工程中使用的低固相泥浆普遍存在如下问题：(1)护壁能力差，低固相泥浆在孔壁上不能很好的形成网状交联结构，从而导致孔壁容易出现坍塌或掉块，导致泥浆中固相成分增加，不利于低固相泥浆的除碴和净化，严重影响低固相泥浆的循环使用和钻孔工程进度；(2)造浆黏土含量高，泥浆体系粘稠度高，不利于泥浆的聚沉降除碴和净化，影响泥浆的循环使用，泥浆总体用量大，无形中增加岩土钻孔工程的成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种岩土钻孔工程用多聚合物型低固相泥浆及其制备方法，本发明的岩土钻孔工程用多聚合物型低固相泥浆，能快速地实现对钻孔孔壁松散岩石(或碎石土)的吸附胶结作用，确保复杂地层孔壁的稳定性；增效型选择性絮凝剂(乙酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物)的作用，使泥浆体系的固相不分散，加之泥浆中膨润土添加量很少，泥浆体系始终维持在较低的固相状态，提高了钻孔的工程质量与施工效率，可降低成本30％～50％；密度、粘度、api失水量、动切力、流变性、吸附胶结性等性能指标优良：密度1.03～1.10g/cm3；漏斗粘度18～32s；api失水量(0.7mpa压差)8～15ml/30min；泥浆浆液流型属于宾汉流体，塑性粘度3～7mpa.s、表观粘度5～9mpa.s、动切力2.5pa～5.5pa，动塑比0.40～0.78，泥皮薄而致密(厚度0.2mm～0.4mm)，泥浆具有良好剪切稀释性和净化聚沉钻渣的能力，对软弱、风化、松散、破碎、节理裂隙发育、遇水膨胀(水敏性)等复杂岩土地层具有较强的胶结护壁防塌作用，有助于提高此类复杂地层孔壁的稳定性，确保了地下工程的施工质量；制备方法简单，可以实现现场配制，操作步骤方便，实施可性强。

2、本发明目的之一，设计一种岩土钻孔工程用多聚合物型低固相泥浆，包括如下重量组分：聚乙烯醇2～4份、水解聚丙烯腈2～4份、乙酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物1～3份、膨润土20～50份、纯碱1.0～4.0份、助联剂0.4～1.6份、水933.4～973.6份，所述的助联剂为硼酸盐。

3、优选的技术方案是，所述的聚乙烯醇的聚合度为1500～2000、醇解度为88～99％。

4、进一步优选的技术方案还有，所述的聚乙烯醇的聚合度为1700、醇解度88％。

5、优选的技术方案还有，所述的水解聚丙烯腈的聚合度为2350～3760、水解度为50～70％。

6、进一步优选的技术方案还有，所述的水解聚丙烯腈的聚合度为2350～3760、水解度60％。

7、优选的技术方案还有，所述的乙酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物由醋酸乙烯酯与顺丁烯二酸酐共聚反应而成，乙酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物的分子量为5～7万。

8、优选的技术方案还有，所述的膨润土中含有质量百分数为40～85％的蒙脱石粉。

9、优选的技术方案还有，所述的助联剂为四硼酸钠。

10、优选的技术方案还有，所述的聚乙烯醇与水解聚丙烯腈的重量比例为1：1，所述的助联剂重量为聚乙烯醇与水解聚丙烯腈总重量的10～20％，所述的纯碱重量为膨润土重量的5～8％，所述的乙酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物重量为膨润土重量的5～6％。

11、本发明目的之二，设计一种上述岩土钻孔工程用多聚合物型低固相泥浆的制备方法，包括如下操作步骤：

12、s1：取纯碱1.0～4.0份溶解于4～16份常温下的水中，搅拌均匀，得纯碱溶液；

13、s2：取膨润土20～50份加入40～100份的常温水中浸泡分散，然后加入步骤s1制备的纯碱溶液，搅拌10min以上形成膨润土浆液，静置8h以上待用；

14、s3：取聚乙烯醇2～4份溶解于20～40份的常温水中，搅拌均匀，得聚乙烯醇溶液；

15、s4：取水解聚丙烯腈2～4份溶解于20～40份的常温水中，搅拌均匀，得水解聚丙烯腈溶液；

16、s5：取乙酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物1～3份溶解于10～30份的常温水中，搅拌均匀，得乙酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物溶液；

17、s6：取助联剂0.4～1.6份溶解于4～16份的常温水中，搅拌均匀，得助联剂溶液；

18、s7：将步骤s2制备的膨润土浆液倒入盛装有余量水的容器中，搅拌均匀；将步骤s3制备的聚乙烯醇溶液加入容器中，继续搅拌均匀；将步骤s4制备的水解聚丙烯腈溶液加入容器中，继续搅拌均匀；将步骤s5制备的乙酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物溶液加入容器中，继续搅拌均匀；将步骤s6制备的助联剂溶液加入容器中，继续搅拌至均匀状态，得岩土钻孔工程用多聚合物型低固相泥浆。

19、本发明的优点和有益效果在于：

20、1、本发明的一种岩土钻孔工程用多聚合物型低固相泥浆，将聚乙烯醇、水解聚丙烯腈、乙酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物、膨润土、纯碱和助联剂(硼酸盐)结合起来配制出多聚合物型不分散低固相泥浆，多聚合物是指泥浆中有聚乙烯醇、水解聚丙烯腈、乙酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物三种高分子聚合物，助联剂的硼离子与聚乙烯醇、水解聚丙烯腈聚合物的酰胺基、羧钠基、羟基等官能团中的o键进行适度交联(或桥接)形成网状结构，该网状结构与造浆膨润土胶粒有序结合起来，进而在钻孔孔壁岩土表面吸附形成致密的网状结构膜，能快速地实现对松散岩石(或碎石土)的吸附胶结作用，确保复杂地层孔壁的稳定性(起到较好的固壁作用)；乙酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物是一种增效型选择性絮凝剂，只絮凝造浆性能低的粘土和钻屑，而不絮凝造浆性能好的黏土(如膨润土)，并能明显地提高泥浆的粘度与切力，有利于悬浮和携带岩粉，钻孔内循环时携带钻渣能力强；由于增效型选择性絮凝剂(乙酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物)的作用，使泥浆体系的固相不分散，加之泥浆中膨润土添加量很少，泥浆体系始终维持在较低的固相状态，提高了钻孔的工程质量与施工效率；此外，多聚合物型不分散低固相泥浆的配伍性好，泥浆各组分之间具有最优的比例关系，确保泥浆体系的性能指标达到最优，且增强了泥浆的均匀稳定性。

21、2、本发明的一种岩土钻孔工程用多聚合物型低固相泥浆，高分子聚合物用量较少，膨润土及助联剂的用量也特别低，使泥浆的成本低于其他各类聚合物型无固相泥浆及低固相泥浆，可降低成本30％～50％。

22、3、本发明的一种岩土钻孔工程用多聚合物型低固相泥浆，密度、粘度、api失水量、动切力、流变性、吸附胶结性等性能指标优良：密度1.03～1.10g/cm3；漏斗粘度18～32s；api失水量(0.7mpa压差)8～15ml/30min；泥浆浆液流型属于宾汉流体，塑性粘度3～7mpa.s、表观粘度5～9mpa.s、动切力2.5pa～5.5pa，动塑比0.40～0.78，泥皮薄而致密(厚度0.2mm～0.4mm)，泥浆具有良好剪切稀释性和净化聚沉钻渣的能力，对软弱、风化、松散、破碎、节理裂隙发育、遇水膨胀(水敏性)等复杂岩土地层具有较强的胶结护壁防塌作用，有助于提高此类复杂地层孔壁的稳定性，确保了地下工程的施工质量。

23、4、本发明的一种岩土钻孔工程用多聚合物型低固相泥浆，对见水即散的碎石砂样放入该浆液中久泡不散，并且该砂样放入该泥浆中只浸泡0.5min，取出后立即放入清水中仍然久泡不散；抗高温稳定性好，能承受较高的井内液柱压力，适合于6000m左右的深孔钻进要求。

24、5、本发明的一种岩土钻孔工程用多聚合物型低固相泥浆，无毒环保，符合环保要求，便于施工现场配制和使用，且可回收重复使用，可广泛用于各类地质勘探工程、大口径桩基工程、地下连续墙工程、水文水井工程等钻孔(槽)、以及环境岩土工程各类防渗墙槽孔施工等领域。

25、6、本发明的一种岩土钻孔工程用多聚合物型低固相泥浆的制备方法简单，可以实现现场配制，操作步骤方便，实施可性强。