【正文】 饒秋生 申金生（中國建筑技術集團有限公司鄭州分公司，鄭州 450053）摘 要: 水平定向穿越對不同地質(zhì)情況施工中，泥漿配置工作對穿越成功起到至關重要的作用。本文通過在不同地質(zhì)中的施工經(jīng)驗，總結一些提供給同行，共同學習。關鍵詞：水平定向鉆進、泥漿配置水平定向鉆進已廣泛應用于市政、通信中管線穿越。施工的孔徑越來越大，穿越長度越來越長，鉆越不同地質(zhì)的情況也越來越多。鉆進中的成孔率和孔洞的穩(wěn)定性對泥漿的配置質(zhì)量要求越來越高。本文對水平鉆進中泥漿配置的適應性作詳細分析。1 泥漿的分類及性能 中國膨潤土礦資源非常豐富，既有鈣基膨潤土，又有鈉基膨潤土，此外還有氫基、鋁基、鈉鈣基和未分類的膨潤土。膨潤土(Bentonite)又稱膨土巖等，是以蒙脫石(也稱微晶高嶺石、膠嶺石)為主要成分的粘土巖—蒙脫石粘土巖,常含少量伊利石、高嶺石及沸石、長石、方解石等。蒙脫石為少量堿及堿土金屬的含水鋁硅酸鹽礦物，其化學式為Nax(H2O)4{(Al2～xMg0.)[Si4O10](OH)2}。由于蒙脫石層間水和層間可交換陽離子存在，按蒙脫石所含可交換陽離子種類、含量和結晶化學性質(zhì)等,可將膨潤土劃分為鈉基膨潤土(堿性土)、鈣基膨潤土(堿性土)和天然漂白土(酸性土)三種。其中鈣基膨潤土包括鈣鈉基、鈣鎂基等膨潤土。堿性土的主要交換陽離子為Na+(和K+),堿性系數(shù)大于或等于1，堿性土主要交換陽離子為Ca2+、Na+或Ca2+、Mg2+等,堿性系數(shù)小于1，酸性土主要交換陽離子為H+(Al3+)。1）物理性質(zhì)膨潤土一般為白色,淡黃,因其含鐵量不同又呈淺灰、淡綠粉紅、褐紅、黑雜等色。膨潤土有的松散如土,也有的致密堅硬。2）化學組成膨潤土的主要化學組分是二氧化硅(SiO2),三氧化二鋁(Al2O3)和水（H2O）。氧化鐵和氧化鎂含量有時也較高,鈣、鈉、鉀等常以不同含量存在于膨潤土中。膨潤土中的Na2O和CaO含量對膨潤土的物理化學性能和工藝技術性能影響頗大。3）理化性能膨潤土具有極強的吸濕性，吸水后膨脹，膨脹數(shù)可達30倍。在水介質(zhì)中能分散呈膠體懸浮液，這種懸浮液具有一定的粘滯性、觸變性和潤滑性。它和水、泥或砂等細碎屑物質(zhì)的摻合物有可塑性和粘結性。有較強的陽離子交換能力。對各種氣體、液體、有機物質(zhì)有一定的吸附能力，最大吸附量可達5倍于它的重量，具有表面活性的酸性漂白土能吸附有色物質(zhì)。膨潤土的理化性能主要取決于它所含的蒙脫石種類和含量。一般鈉基膨潤土較之鈣基或鎂基膨潤土的物理化學性質(zhì)和工藝技術性能優(yōu)越。主要表現(xiàn)在：吸水速度慢，但吸水率和膨脹倍數(shù)大；陽離子交換量高；在水介質(zhì)中分散性好，膠質(zhì)價高；它的膠體懸浮液觸變性、粘度、潤滑性好，PH值高；熱穩(wěn)定性好；有較高的可塑性和較強的粘結性；熱濕拉強度和干壓強度高。所以鈉基膨潤土的使用價值和經(jīng)濟價值較高。2 泥漿的檢驗方法測量泥漿密度的儀器目前用得最多的是密度秤。測量時，將泥漿裝滿于泥漿杯中，加蓋后使多余的泥漿從杯蓋中心孔溢出。擦干泥漿杯表面后，將杠桿放在支架上（主刀口坐在主刀墊上）。移動游碼，使杠桿成水平狀態(tài)（水平泡位于中央）。讀出游碼左側的刻度，即為泥漿的密度值。測量泥漿密度前，先用清水對儀器進行校正。，可用增減裝在杠桿右端小盒中的金屬顆粒來調(diào)節(jié)。泥漿的密度是指泥漿的重量與規(guī)定體積水的重量之比。施工中現(xiàn)場測定的泥漿密度的大小主要取決于泥漿中造漿粘土重量和鉆屑重量之和。在有外加劑等其他物質(zhì)加入的時候，外加劑等的重量也須計入。3 泥漿在不同地質(zhì)條件下的應用及其影響在砂層、礫石、卵石以及破碎帶地層中鉆進，由于顆粒之間缺乏膠結，鉆進時孔壁很容易坍塌，故成孔的難度很大。對于這類地層用泥漿護壁，解決問題的關鍵是增加孔壁顆粒之間的膠結力。粘性較大的泥漿適當滲入孔壁地層中，可以明顯增強砂、礫之間的膠結力，以此使孔壁的穩(wěn)定性增強。提高泥漿粘度，主要通過使用高分散度泥漿（細分散泥漿）、增加泥漿中的粘土含量、加入有機或無機增粘劑等措施來實現(xiàn)。細分散泥漿是含鹽量小于1%，含鈣量小于120ppm，不含抑制性高聚物的分散型泥漿。其組成除粘土、Na2CO3和水外，為了滿足鉆孔需要，往往加有提粘劑、降失水劑和防絮凝劑（稀釋劑）。依所加處理劑的不同，可有不同種類，如鈉羧甲基纖維素泥漿、鐵鉻鹽泥漿、木質(zhì)素磺酸鹽泥漿和腐植酸泥漿等。用較高粘度的細分散泥漿在砂、礫層中鉆進的成功工程很多，包括在流砂地層中鉆進。隨著泥漿密度的增加，鉆速下降，～ g/cm3時，鉆速下降尤為明顯。泥漿的密度相同，粘度愈高則鉆速愈低。 泥漿中含砂量對鉆進的影響泥漿中的巖屑含量會給鉆進造成很大的危害。使孔內(nèi)凈化不好而引起下鉆阻卡，而且可能引起抽吸，壓力激動等，造成漏失或井塌。砂的含量高，孔內(nèi)沉淀厚。造成孔壁水化崩塌，而且易引起泥皮脫落造成孔內(nèi)事故。同時泥沙含量高，對管材、鉆頭、水泵缸套、活塞拉桿磨損大，使用壽命短。因此，在保證地層壓力平衡的前提下，應盡量降低泥漿密度和含砂量。在軟土地層中，泥漿密度過小或鉆進速度過快，都將導致塌孔現(xiàn)象。4 常見泥漿的配方實例工程中泥漿種類繁多，但根據(jù)其化學成分可歸類為以下幾種，其配比方法如下： NaCMC（鈉羧甲基纖維素）泥漿該泥漿為最普通的提粘型泥漿，NaCMC起進一步提粘和降失水作用。配方為：優(yōu)質(zhì)造漿粘土150～200g，水1000ml，純堿5～10Kg，NaCMC6kg左右。泥漿性能為：～ g/cm3，粘度25～35s，失水量小于12ml/30min。 鐵鉻鹽NaCMC泥漿該泥漿提粘且穩(wěn)定性較強，鐵鉻鹽起防絮凝（稀釋）作用。配方為：粘土200g，水1000ml，純堿液50%濃度加量約20%，鐵鉻鹽溶液濃度20%%，NaCMC %。泥漿性能為： g/cm3，粘度25s，失水量12ml/30min，pH值9。 木質(zhì)素磺酸鹽泥漿木質(zhì)素磺酸鹽取材于亞硫酸紙漿廢液，一般與煤堿劑配合使用，在提粘的基礎上解決泥漿的防絮凝和降失水。配方為1m3泥漿用粘土100～200kg，亞硫酸紙漿廢液30～40kg，煤堿劑10～20kg，NaOH5～10kg，消泡劑5～10kg，水900～1000L。泥漿性能為：～ g/cm3，漏斗粘度18～40s，失水量5～10ml/30min，～ NaCMC。 腐植酸泥漿　 腐植酸泥漿是用煤堿劑或腐植酸鈉做穩(wěn)定劑的，它可以與其他處理劑如NaCMC等配合使用，制備腐植酸泥漿的配方是1m3泥漿中加150～200kg煤堿劑(干量)，3～5kgNa2CO3，900～1000L水。泥漿性能：～ g/cm3，失水量4～10ml/30min，pH值9。 5 結語 在水平鉆進施工過程中，正確適當?shù)哪酀{的配置對穿越起決定性作用。而選用不同密度的泥漿要視具體地質(zhì)情況而定。水平定向鉆進泥漿配方的研究1 前言水平定向鉆進泥漿配方的研究是管理局2003年重大科技項目“大口徑長輸管道穿越施工技術研究”中的重要組成部分。我國在水平定向鉆進的施工中所應用的泥漿是由膨潤土單組份組成的，存在易產(chǎn)生被鉆的孔洞塌方、卡鉆問題，造成水平定向鉆進的失敗。針對鉆進中的失敗原因，借鑒石油工業(yè)的鉆井泥漿技術，結合多變的地表土壤情況和現(xiàn)場施工經(jīng)驗，研制了水平定向鉆進泥漿配方。本文作者作為本項目的承擔者，對該項目進行了研究，現(xiàn)將項目中水平定向鉆進泥漿配方研究取得的技術成果進行介紹，供大家進行交流。2 功能設計在水平定向鉆進施工中，人們把泥漿比作鉆進的血液，泥漿停止循環(huán)時，鉆進工作就不能繼續(xù)進行。隨著泥漿技術水平的提高，人們對于泥漿的作用和意義的認識也逐步提高。泥漿的作用和地位更加突出，泥漿也更加受到普遍的重視。泥漿的主要功能：一是攜帶和懸浮鉆屑。這是泥漿的一個基本功能，就是要把鉆頭（擴孔鉆）破碎的巖（土）屑從孔洞中帶出孔眼，保持孔洞凈化。其二、穩(wěn)定孔壁。孔壁穩(wěn)定、規(guī)則是優(yōu)質(zhì)快速鉆進的重要基礎條件，也是泥漿技術措施的基本立足點。其三、冷卻和沖洗鉆頭，清掃孔中（底）巖（土）屑。還有泥漿比重能在比較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以建立與地層壓力相平衡的液柱壓力，防止漏、塌、卡等地下復雜情況?？傊?，應根據(jù)每一次鉆進的各個階段的地層特點，結構、鉆進措施等具體條件，正確選擇泥漿類型，決定相應的合理的泥漿措施，達到優(yōu)質(zhì)快速鉆進的目的。3 泥漿配方（1）泥漿類型的選擇目前，泥漿基本類型有：水基泥漿、油基泥漿和氣基泥漿。水基泥漿以水為分散介質(zhì)，其基本組分是黏土、水和化學處理劑；油基泥漿由柴油（或原油）和瀝青（或有機般土）及有關處理劑配成；氣基泥漿氣體的來源于化學法產(chǎn)生，流體是由氣、液兩相或氣、液、固三相組成。根據(jù)我們現(xiàn)有的鉆機性能和我國的地質(zhì)條件，選擇以水為分散介質(zhì)，由粘土