非开挖施工中的泥浆问题分析及对策

李继斌 黄爱军

【摘 要】非开挖施工中，因为其施工特点和工程地质特点，对泥浆有特殊的要求：1.良好的流变性能，保证有较强的携钻屑能力；2.优良的润滑性能，降低摩擦阻力，提高施工效率，防止卡钻；3.较强的护壁作用，能在钻孔壁形成一定力学强度的泥皮，防止泥浆漏失，维护孔壁稳定。本文结合非开挖施工的特点，分析了非开挖施工中的泥浆问题，并给出了处理对策。

【关键词】非开挖 泥浆 润滑 泥饼

【中图分类号】TE927 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0240-01

1 非开挖施工的特点

非开挖技术是指在不开挖地表的条件下探测、检查、修复、更换和铺设各种地下设施（主要包括各种管线）1、它的主要施工技术有：水平定向钻进技术（HofizontalDirectionalDrilling）即HDD技术；2、顶管和夯管技术、微型隧道技术、以及爆管法和裂管法等管线修复技术。

非开挖施工技术大多应用于各种管线穿越河流、铁路、公路、建筑物、构筑物等场合。因为其施工地点的缘故，所穿越地层大多为粘土、粉土、沙土、以及淤泥和砂层等软弱地层，因此对泥浆有着许多特殊的要求，而且非开挖施工经常在城市和河流附近进行，又有一些特别要求，如：不影响交通、绿地，不污染水域和土壤，噪音小、施工迅速等。

2 对泥浆的特殊要求

非开挖技术因为其施工地点的缘故，所穿越地层大多为粘土、粉土、沙土、以及淤泥和砂层等软弱地层，因此对泥浆有着许多特殊的要求：

（1）良好的流变性，保证有较强的携带钻屑的能力；

（2）泥浆有较低的摩擦系数，良好的润滑性能；

（3）有较强的护壁作用，在孔壁形成一定力学强度的泥皮，维护孔壁稳定，防止泥浆漏失。

3 泥浆的携钻屑能力

在非开挖施工中，泥浆最主要的作用就是携带钻进过程中的钻屑，因为非开挖施工中多为水平孔，因此要求泥浆有较强的携带钻屑的能力，防止钻孔过程中钻屑沉积在钻孔中形成钻屑床，造成卡钻及扩孔回拖困难等孔内事故。

目前，非开挖施工中泥浆体系主要有两种，一种是在粘土地层中，清水钻进，地层粘土自造浆；另一种是在粉土、沙土地层中使用水基泥浆，其基本配方为：清水加3%～6%的钠基膨润土。前一种做法是不合理的，因为清水钻进，泥浆性能不易控制，在开始钻进时，地层自然造浆，泥浆粘度小，井壁周围的粘土很容易进入泥浆中，引起井壁侵蚀，造成井壁不稳定；当钻进一段时间后，泥浆粘度又会变的很大，增大了钻具与井壁的摩擦力，加大了能量损耗，而且容易形成较厚的泥饼，容易引起粘附卡钻。

因此，非开挖施工中，一定要根据地层选用一种合适的泥浆体系，泥浆要有良好的流变性能，如：在粘土、粉土地层时，泥浆马氏漏斗粘度控制在60～65s，在沙土、砂层时，粘度可适当大一些，因为沙砾颗粒较大，密度较重，需要更强的悬浮泥浆体系。而且，在不同阶段，泥浆体系也要及时调整，如：在预扩孔和回拖阶段泥浆粘度要提高5～10s。

主要使用的处理剂：

（1）钠基膨润土

钠基膨润土我们可以直接使用石油系统和地矿系统的钻井用膨润土，只是要注意在使用前，应该先做实验，确定在特定地层的最优加量。不同的膨润土，因为结构、成分和加工工艺不同，有不同的造浆率和泥浆性能，因此要特别注意。另外，在使用前，膨润土泥浆要老化一段时间，因为膨润土在水中水化和分散需要一定的时间。这个时间，在石油钻井标准中要求24小时，在非开挖实际工作中可以适当减少。

（2）Na-CMC——钠羧甲基纤维素

钠羧甲基纤维素是一种常用的泥浆有机处理剂，它有高粘、中粘、低粘和速溶四种。在泥浆中，主要起增加粘度和降低失水的作用。通常，中粘CMC加量小于0.2%，根据实际情况，可以适当增加。

（3）HEC——羟乙基纤维素

HEC在泥浆中主要起增加粘度的作用，同时也有一定的护壁作用，加少量的HEC可以大幅度的提高泥浆的粘度，根据HEC型号的不同，加量小于0.1%。用HEC增粘的泥浆容易被酸、酶或氧化剂降解为碳氢化合物，没有明显毒性，不污染环境。

4 泥浆的润滑能力

非开挖施工中泥浆的润滑性能至关重要，比如顶管中，提高泥浆的润滑性能，可以成倍的增加顶管长度、提高施工效率、缩短施工时间；在定向钻施工中，可以降低回拖力，增加回拖距离，降低成本。目前，非开挖施工中，润滑剂使用的还比较少，我们应该借鉴石油钻井中打大位移井和水平井的做法，在泥浆中加入合适的润滑剂，可以大幅度的降低泥浆的摩擦系数。

在此，我们可以从石油钻井中借鉴以下润滑剂作为非开挖泥浆中的润滑剂：

（1）植物油基润滑剂、植物油衍生物

这类产品的名称很多代号很乱，各个厂家都用自己的名称代号，如：润滑剂RF、MY—1、RT441、磺化油脚DS848、FKl0、T862。其实这类产品的主要成分为各种表面活性剂和植物油以及一些油脂的下脚料。其加量一般为0.5%～2%，摩擦系数降低率为40%～60%。因为这类产品的主要成分为植物油，可以在自然环境中分解，所以比较环保，推荐使用。

（2）以柴油为基础油与表面活性剂、有机物的混合物

这类产品的种类和名称也比较多，如乳化渣油RH9051、RH-525、RH-3、FRH、改性柴油、6401、RT931。其主要成分为柴油、表面活性剂、矿物油等，加量一般为0.3%～2%，摩擦系数降低率为40%～70%。这类产品存在一定的污染问题，需要根据实际情况选择使用。

（3）固体润滑剂（含塑料小球、玻璃小球等）

固体润滑剂的粒径一般为10～50目，根据需要有一定的粒径分布，加量一般为3%～6%。固体润滑剂的特点是：a它粘附在井壁上能将钻具与孔壁之间的面接触转化为点接触，减少接触面，降低摩擦系数；b固体润滑剂能有效地降低泥饼的粘附系数；且固体润滑剂的粒径较大时，降摩阻的效果较好；随着加量增大，降摩阻的效果亦愈好；c塑料小球，玻璃小球在一定条件下可以回收，重复使用，不污染环境。

5 泥浆的护壁能力

非开挖施工中，泥浆的另一重要作用就是，在孔壁形成一定力学强度的泥皮，维护孔壁稳定，防止泥浆漏失，尤其在一些松散地层和易坍塌地层，这个问题更为重要。根据非开挖施工的特点，目前使用的护壁堵漏材料主要有：

（1）化学浆液堵漏材料，如：脲醛树脂、丙烯酰胺、水玻璃、硅酸盐和各种合成乳胶。这类化学材料注入不稳定地层，形成凝胶，可以封堵漏失通道，提高孔壁的力学稳定性。

这类浆液的特点是：凝结时间可以自由调整，可以实现瞬时固化，渗透性和流动性好，浆液可以固化，价格较贵。

（2）无机凝胶物质堵漏材料，如：各种水泥浆及水泥混合浆液。在非开挖施工中，当遇到流沙层或比较严重的漏失地层时，可以采用这种方法堵漏。

6 结 论

本文分析了非开挖施工的特点和一些常见的泥浆问题，并根据具体情况给出了具体的处理对策，在非开挖施工中，关于泥浆问题，我们要注意：

（1）用钠基膨润土造浆，保持泥浆有合适的流变性，有较强的携带钻屑的能力，必要时加入适量的CMC和HEC；

（2）在泥浆中加入合适的润滑剂，使泥浆有良好的润滑性能，这样可以大幅度提高施工效率，降低施工成本；

（3）遇到复杂地层和易漏失地层时，要用一些护壁材料和堵漏材料，使泥浆在孔壁形成一定力学强度的泥皮，维护孔壁稳定，防止泥浆漏失。

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