[发明专利]一种岩土钻挖孔工程聚合物型无固相泥浆及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种岩土钻挖孔工程聚合物型无固相泥浆及制备方法。

背景技术

近年来，岩土钻挖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、垃圾填埋场防渗隔离墙等工程领域。在诸领域钻孔（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。实践证明，选用固壁性能好的泥浆（亦称之为冲洗液，或钻井液）是确保复杂地层孔壁稳定性、提高工程施工质量、降低生产成本的最有效途径之一。

自钻挖孔工程施工方法应用以来，该工程所用护壁泥浆经历了五个发展阶段：①清水和自然造浆阶段（第一代冲洗液，无任何处理剂）；②细分散泥浆阶段（第二代冲洗液，固相含量高，粘土高度分散）；③粗分散泥浆阶段（第三代冲洗液，固相含量适中，粘土适度分散）；④不分散低固相泥浆阶段 （第四代冲洗液，固相含量低，粘土不分散）；⑤聚合物无固相泥浆阶段（第五代冲洗液，不含粘土固相）。

本发明所指的聚合物型无固相泥浆对松散砂及风化碎石层胶结性能将优于现有的同类无固相泥浆，起到“下套管”的护壁作用；其黏度、API失水量、静切力、流变性、吸附胶结性、抗高温稳定性、絮凝聚沉钻屑能力、润滑性等性能指标优良，有利于冲孔、碎岩和携带钻屑，经济成本低，无毒环保，便于施工现场配制和使用。该种泥浆可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（或钻挖槽）、垃圾填埋场防渗隔离墙槽孔施工等工程领域。

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用于岩土钻挖孔工程中护壁性能好的聚合物型无固相泥浆及制备方法。实现本发明目的的技术方案如下：

聚合物型无固相泥浆具有下述重量份的组分：主剂2份～8份、交联剂0.4份～1.3份、纯碱1份～2份、水996.6份～988.7份。

所述聚合物型无固相泥浆的主剂优选为分子量500万～1500万、水解度在20%～40%的水解聚丙烯酰胺与聚合度为1788或2788的聚乙烯醇（或聚合度为300～600的钠羧甲基纤维素）这两种水溶性高分子聚合物组合而成，水解聚丙烯酰胺与聚乙烯醇（或钠羧甲基纤维素）二者的组合重量比为1:1～1:4；交联剂优选为重量份为0.1～0.4份的硫酸铝或氯化铝、0.3～0.8份的硼砂与0～0.1份的碳酸锂组合而成。

按配制1m³泥浆计算，本发明所述聚合物型无固相泥浆的制备方法按以下步骤实施：

①取纯碱1kg～2kg，放入100kg～200kg水中常温下进行溶解；

②取主剂2kg～8kg，放入纯碱溶液中常温下进行预溶解，溶解浓度不超过5%，一般应往水中边散入主剂，边进行搅拌，搅拌15min～30min后，静置5h～8h待用。优选在搅拌时间内加热使水温保持在50℃左右，提高主剂的溶解速度。

③取交联剂0.4 kg～1.3kg, 溶解于常温下的水中，溶解浓度不超过10%，待用。

④将预溶解的主剂加入水中进行搅拌至均匀后，加入交联剂溶液及剩余水量，搅拌至均匀状态即可。

上述制备方法聚合物型无固相泥浆的主剂优选为分子量500万～1500万、水解度在20%～40%的水解聚丙烯酰胺与聚合度为1788或2788的聚乙烯醇（或聚合度为300～600的钠羧甲基纤维素）这两种水溶性高分子聚合物组合而成，水解聚丙烯酰胺与聚乙烯醇（或钠羧甲基纤维素）二者的组合重量比为1:1～1:4；交联剂优选为重量份为0.1～0.4份的硫酸铝或氯化铝、0.3～0.8份的硼砂与0～0.1份的碳酸锂组合而成。

本发明具有积极的效果：

（1）本发明的聚合物型无固相泥浆的主剂与交联剂进行交联之后，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（起到下套管的作用），提高钻孔/槽的工程质量与施工效率。同时，本发明的泥浆因为没有固相（指钻屑等），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；本发明的泥浆高分子聚合物用量较少，成本低，按目前泥浆处理剂市场价格计算，配制本发明的1m³泥浆成本仅为20～50元，而配制1m³其他聚合物型无固相泥浆成本在70元以上。