[发明专利]岩土钻孔或钻挖槽工程护壁用交联型低固相泥浆及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩土钻孔工程用泥浆，具体涉及一种岩土钻孔工程或钻挖槽工程中用于护壁的交联型低固相泥浆及其制备方法。

背景技术

近年来，随着科技进步和经济发展，岩土钻孔工程在国民经济和社会发展中发挥着越来越大的作用，已广泛应用于矿产资源勘探和部分矿产的开采、水文地质勘探、工程地质和环境地质勘察、地质灾害的防治与环境治理、工民建和道路桥梁的基础工程、科学钻探等领域。在诸领域的钻孔（或钻挖槽）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、卡钻、埋钻、井斜、取心困难等钻孔事故。为了保证复杂地层孔壁的稳定性，实践中使用固壁性能好的泥浆（亦称之为冲洗液，或钻井液）来确保复杂地层孔壁稳定性、提高钻孔工程质量、提高钻进效率和降低生产成本。

自有回转钻孔法以来，岩土钻孔工程泥浆经历了五个发展阶段：①清水和自然造浆阶段，该阶段的钻孔工程泥浆为第一代冲洗液，其中无任何处理剂；②细分散泥浆阶段，该阶段的泥浆为第二代冲洗液，其中固相含量高，粘土高度分散；③粗分散泥浆阶段，该阶段的泥浆为第三代冲洗液，其中固相含量适中，粘土适度分散；④不分散低固相泥浆阶段 ，所述泥浆为第四代冲洗液，其中固相含量低，粘土不分散；⑤聚合物型无固相冲洗液阶段，该阶段的泥浆为第五代冲洗液，其中不含粘土固相。

上述第四代冲洗液即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（造浆粘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，尤其是在硬岩钻进中效果更为明显；而所谓不分散有3层含义：一是高聚物存在抑制了造浆粘土颗粒的分散而使其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，利于除碴净化泥浆；三是对井壁不起分散作用而起抑制保护作用。目前，这种泥浆已成为我国钻井部门使用的主要泥浆类型。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本且岩土钻孔工程或钻挖槽工程中护壁性能较好的交联型低固相泥浆及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是一种岩土钻孔或钻挖槽工程护壁用交联型低固相泥浆，包括下述重量份的组分：膨润土15～40份、纯碱2～5份、增粘聚渣剂0.8～1.6份、交联剂0.1～0.4份、水950～985份。

上述增粘聚渣剂为水解聚丙烯酰胺，水解聚丙烯酰胺的分子量为500万～1200万，水解度为25%～35%。

上述交联剂为硫酸铝或氯化铝。

一种如上所述的岩土钻孔或钻挖槽工程护壁用交联型低固相泥浆的制备方法，包括如下步骤：

①将纯碱总量的60%～70%完全溶解于水中，然后将膨润土加入纯碱溶液中，搅拌使膨润土分散均匀得到浆液后，静置浸泡12h～24h完成膨润土的预浸泡碱化处理后待用，其中所述浆液中膨润土的浓度为15wt%～40wt%。

②将增粘聚渣剂与余量的纯碱干粉混匀后，边搅拌边加入水中，加毕搅拌15～30min后，静置5～8小时预溶解后待用，所得溶液中增粘聚渣剂的浓度为0.5 wt%～5wt%。

③将交联剂溶解于水中待用，所述交联剂的浓度为1wt%～10wt%。

④将步骤①得到的碱化后的膨润土浆倒入装有余量水的容器中，搅拌均匀后，向容器中加入步骤②配置的增粘聚渣剂和纯碱混合溶液，再次搅拌均匀后，加入步骤③准备的交联剂溶液，搅拌均匀后即得到岩土钻孔或钻挖槽工程护壁用交联型低固相泥浆。

上述步骤②中的增粘聚渣剂为水解聚丙烯酰胺，水解聚丙烯酰胺的分子量为500万～1200万，水解度为25%～35%。

上述步骤③中的交联剂为硫酸铝或氯化铝。

上述步骤②中将增粘聚渣剂与余量的纯碱干粉混匀后，若要加快水解聚丙烯酰胺在水中的溶解速度，混合粉末边搅拌边加入40℃～60℃的热水中。

本发明具有积极的效果：

（1）本发明的交联型低固相泥浆不仅兼顾了第四代和第五代冲洗液的优异性能，同时与目前已有的第四代冲洗液即不分散低固相泥浆相比，本发明泥浆的固相（指膨润土及钻屑）含量低，泥浆比重轻（密度≤1.10g/cm³），孔内循环时携带钻屑能力及在地面静止时聚沉钻屑能力都非常强；与目前已有的第五代冲洗液即聚合物型无固相冲洗液相比，本发明的泥浆中只包含一种高分子聚合物，且用量较少，成本低，按目前处理剂市场价格计算，配制本发明的1m³泥浆成本为20～40元，而配制1m³聚合物型无固相冲洗液成本在80元以上。