一种非开挖钻进的水基钻进液组合物的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及城市建设施工领域，尤其涉及一种非开挖钻进的水基钻进液组合物。
【背景技术】
[0002] 非开挖泥浆是指具有一定粘性的流体，多数以水作为基浆，以分散性粉末和化学 物质作为主剂，在非开挖钻进过程中以其多功能满足钻进工作需要的各种循环流体的总 称。泥浆的性能是泥浆各组分间相互化学和物理作用的宏观反应，可以用来对泥浆的性能 进行评价的参数主要有密度（重度或比重）、流变性（粘度和切力）、润滑性、胶体率、含沙 量以及滤失性（失水量和泥饼厚度）、固相含量、PH值等。这些性能参数直接影响到钻进速 度、孔壁稳定、钻具磨耗、润滑减阻和孔内净化等方面。
[0003] 非开挖施工多在地表以下15m以内的浅地层施工，钻遇地层一般是粘土层、砂砾 层或者是二者的混合层，有事也会遇到淤泥层、鹅卵石或者建筑回填等石块区。在非开挖施 工钻孔回扩过程中，由于孔壁及周边区域的应力重分布，极易发生孔壁的失稳。孔壁失稳的 发生将对正常的非开挖施工产生极大地影响，甚至造成严重的经济损失以及安全事故。而 泥浆技术的正确合理使用在确保孔壁稳定、携带和悬浮岩屑、稳定井壁和平衡地层压力、冷 却和润滑钻头及钻具等方面具有良好的功用。因此，如何在非开挖施工中正确地使用泥浆， 使得工程经济高效地完成，对于施工单位具有极大地现实意义。
[0004] 在大多数的实际非开挖工程中，某一现场中并非由单一土层构成，通常是由多种 地层同时存在，彼此之间交互作用和影响。如何针对不同性质的土层选择针对性的泥浆进 行处理，在非开挖施工过程中显得极为迫切。
[0005] 水平定向钻进技术在我国虽然起步晚，但随着对管道施工环境要求的日益提高， 我国的水平定向钻进行业得到了稳步健康的发展。但是水平定向钻进铺管施工作为近地表 地下开挖工程，不可避免地会引起周围土体和地表产生不同程度的变形，进而对孔壁的稳 定造成一定的影响，尤其是对地表建筑物和人口较密集的城市地区来说，施工引起的事故 后果更为严重。
[0006] 因此，本领域的技术人员致力于开发一种非开挖钻进的水基钻进液组合物，提高 定向穿越施工技术的能力，解决穿越不同土质类型的非开挖施工的泥楽技术方案、工艺技 术的问题。
【发明内容】
[0007] 有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是针对相应的土质情 况，穿越不同类型土质为工程背景的非开挖施工，因地质问题造成的工程损失。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供了一种非开挖钻进的水基钻进液组合物，用于水平 定向钻进淤泥土层，包括膨润土，各组分及含量如下：2%?3%来安土或2%的哈利土、 0. 24%?3%防塌剂、0. 18%?0. 21 %聚丙烯酰胺、0. 27%?0. 31 %降失水剂、0. 27 %? 0. 32%磺化酚醛树脂、0. 28%?0. 32%润滑剂，余量为水；其中防塌剂可选自腐殖酸钾、浙 青粉、磺化浙青粉及煤碱剂中的任意一种，降失水剂可选自水解聚丙烯腈及钠羧甲基纤维 素中的任意一种，润滑剂可选自极压润滑剂、聚氧乙烯辛基苯酚醚、磺化妥尔油浙青中的任 意一种。
[0009] 进一步地，各组分的含量优选如下：2. 5%来安土、0. 25%防塌剂、0. 18%聚丙烯酰 胺、0.28%降失水剂、0.3%磺化酚醛树脂、0.3%润滑剂，余量为水。
[0010] 本发明还提供了一种非开挖钻进的水基钻进液组合物，用于水平定向钻进粘土 层，包括膨润土，各组分及含量如下：3%?4%哈利土、0. 24%?3%防塌剂、0. 18%? 0. 21 %聚丙烯酰胺、0. 27 %?0. 31 %降失水剂、0. 27 %?0. 32 %磺化酚醛树脂、0. 28 %? 0. 32%润滑剂、余量为水；其中防塌剂可选自腐殖酸钾、浙青粉、磺化浙青粉及煤碱剂中的 任意一种，降失水剂可选自水解聚丙烯腈及钠羧甲基纤维素中的任意一种，润滑剂可选自 极压润滑剂、聚氧乙烯辛基苯酚醚、磺化妥尔油浙青中的任意一种。
[0011] 进一步地，各组分的含量优选如下：3. 5%哈利土、0. 25%防塌剂、0. 18%聚丙烯酰 胺、0. 28%降失水剂、0. 3%磺化酚醛树脂、0. 3%润滑剂，余量为水。
[0012] 本发明还提供了一种非开挖钻进的水基钻进液组合物，用于水平定向钻进粉砂土 层，包括膨润土，3%哈利土和4%来安土或3%来安土和0. 5% CMC、0. 24%?3%防塌剂、 0. 18%?0. 21%聚丙烯酰胺、0. 27%?0. 31%降失水剂、0. 27%?0. 32%磺化酚醛树脂、 0. 28%?0. 32%润滑剂、余量为水；其中防塌剂可选自腐殖酸钾、浙青粉、磺化浙青粉及煤 碱剂中的任意一种，降失水剂可选自水解聚丙烯腈及钠羧甲基纤维素中的任意一种，润滑 剂可选自极压润滑剂、聚氧乙烯辛基苯酚醚、磺化妥尔油浙青中的任意一种。
[0013] 本发明还提供了一种控制泥浆滤失量的方法，其特征在于，提供如权利要求1-5 中任意一种非开挖钻进的水基钻进液组合物；添加〇. 2 %?0. 4% NaOH或似20)3;添加直径 小于75 ii m胶体微粒；加快钻进速度5%?20%。
[0014] 进一步地，优选方法包括提供如权利要求1-5中任意一种非开挖钻进的水基钻进 液组合物；添加〇. 35 % NaOH或Na2CO3;添加直径小于75 ii m胶体微粒；加快钻进速度15 %。
[0015] 在本发明的较佳实施方式中，本发明所述的非开挖钻进的水基钻进液组合物，用 于水平定向钻进淤泥土层、粉砂土层和粘土层，包括膨润土、来安土或哈利土、防塌剂、聚丙 烯酰胺、降失水剂、磺化酚醛树脂、润滑剂，余量为水，其中防塌剂可选自腐殖酸钾、浙青粉、 磺化浙青粉及煤碱剂中的任意一种，降失水剂可选自水解聚丙烯腈及钠羧甲基纤维素中 的任意一种，润滑剂可选自极压润滑剂、聚氧乙烯辛基苯酚醚、磺化妥尔油浙青中的任意一 种。
[0016] 泥浆工艺要求泥浆应该具有良好的触变性，也即在停止循环时，泥浆的切力能够 在较短的时间内增大到某一适当值，在当前切力下，不仅能满足较好悬浮钻屑的能力，还能 够在恢复循环时开泵泵压不至于太高。影响泥浆静切力的主要因素包括粘土矿物的类型、 含量及分散度，所选用的泥浆处理剂及加量，无机电解质及其浓度等。根据具体情况作了大 量基础优化实验（膨胀量实验、粘度试验、降失水实验、润滑实验、速溶性实验、抗侵能力实 验），优化了针对淤泥、粉砂、粘土层的钻进参数，比如小失水，合理比重，具有较好的粘度， 稳定性好，具有一定的抗侵性。
[0017] 控制泥浆的滤失量在非开挖钻进过程中意义重大，应当从控制泥饼厚度入手。泥 饼中固相越少，泥浆中固相含量越高，泥浆的滤失量也就越小。然而，滤失量并不是决定泥 饼厚度的唯一因素，不同泥浆的泥饼厚度相同的情况下，其滤失量不一定相同；反之，滤失 量相同的情况下，其泥饼厚度不一定相同。滤失量过大导致孔壁不稳，但是，滤失量过小也 会造成泥浆成本增加，钻速下降。总体来说，在钻进过程中保持泥浆形成的泥饼一定要薄、 致密、坚韧的同时，其滤失量也要适当控制，具体要结合实际施工面对的地层、孔深等因素 综合考虑加以确定。
[0018] 表面光滑、致密、较薄的泥饼，其润滑性较好。降滤失剂以及其它泥浆处理剂主要 是通过改进泥饼的质量来改善泥浆的防磨损和润滑性。泥浆条件相同的情况下，岩土条件 影响泥饼的质量以及钻具同孔壁的粗糙度而起作用。
[0019] 本发明的研究成果具体分析了淤泥、粉砂、粘土层钻进的特点，提出关键性指标， 第一对于淤泥质地层，需要配制合理比重的泥浆，以保证循环中的泥浆快速形成致密的泥 皮，利用泥浆的压强和强韧的泥皮，来平衡易可引起塌陷的地层压力；第二对于粉砂性地 层，关键是提高泥浆粘度，以增加井壁颗粒之间的胶结力，使用粘度较大的泥浆可以明显增 强砂、砾之间的胶结力，以此使井壁的稳定性增强；第三对于粘性地层，应尽量降低泥浆的 失水量，防止粘土颗粒的吸水膨胀、遇水溶解，导致泥浆和地层渗透率的破坏和改变，这极 易造成钻进程中孔壁坍塌、掉块，容易诱发卡钻、埋钻事故；大量的基础实验对于淤泥粉砂 地层非开挖钻进泥浆性能参数做了很多优化，可以作为以后全国各地区淤泥、粉砂、粘土层 钻进的标准使用。
[0020] 以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以 充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0021] 图1是膨胀量随时间变化曲线图；
[0022] 图2是大分子聚合物粘度图；
[0023] 图3是降失水剂粘度图；
[0024] 图4是降失水剂降失水效果图；
[0025] 图5是基浆+0? 05 % HEC+0. 8 % SMP-3配方抗盐指标；
[0026] 图6是基浆+0? 05 % HEC+0. 8 % f Iocat配方抗盐指标；
[0027] 图7是两配方泥皮厚度数据对比数据。
【具体实施方式】
[0028] 钻进过程中，在换钻杆或者设备故障时，泥浆会停止循环。此时要求泥浆体系能在 较短的时间内形成空间网架结构，以便将岩屑或加重剂悬浮起来，或者以很慢的速度下沉； 开泵时，泵压不能上升过高防止憋漏地层。因而提供悬浮能力的主要因素是泥浆的静切力 和触变性。
[0029] 所谓泥浆的静切力，其胶体化学实质是凝胶强度，也即是在静止状态下泥浆形成 空间网架结构的强度。现场采用初切力和终切力对静切力的相对值加以表述。初切力是指 经充分搅拌后的泥浆，静置Imin(或IOs)后测得的静切力；终切力是指充分搅拌后的泥浆 静置IOmin所测得的静切力。
[0030] 泥浆的触变性，是指泥浆在搅拌后变稀，停止搅拌后又重新变稠的性质。其机理可 以作如下解释：触变体系内普遍存在空间网架结构，结构受到剪切作用遭到破坏，只有某些 部位相互接触才能重新粘结。所以，网架结构的恢复需要一定时间来完成，而恢复结构所需 要的时间和最终凝胶强度的大小，才是对泥浆触变性能的最好表征。
[0031] 泥浆工艺要求泥浆应该具有良好的触变性，也即在停止循环时，泥浆的切力能够 在较短的时间内增大到某一适当值，在当前切力下，不仅能满足较好悬浮钻屑的能力，还能 够在恢复循环时开泵泵压不至于太高。影响泥浆静切力的主要因素包括粘土矿物的类型、 含量及分散度，所选用的泥浆处理剂及加量，无机电解质及其浓度等。
[0032] 泥浆的触变性与其所形成的网架结构的强弱程度和方式有关。如果