一種頂管作業用頂進泥漿的製作方法
2023-06-17 16:25:31 1
專利名稱：一種頂管作業用頂進泥漿的製作方法
技術領域：
本發明涉及地質巖石勘探領域用的一種助劑，尤其是一種頂管作業用頂進泥漿。
背景技術：
目前，國內用於頂管機頂進、潤滑、填充的泥漿，性能單一易汙染地下水，泥漿失水後造成地表塌陷。在頂進過程中遇到鬆散地層時，會發生湧水現象或因摩擦阻力過大而無法施工，造成頂管失敗。
發明內容
為了解決背景技術存在的不足。本發明提供一種頂管作業用頂進泥漿，該泥漿解決了土壓平衡盾構頂管機頂進過程中易產生地表塌陷、摩擦阻力過大及造成頂進失敗的問題。
本發明的技術方案是該頂管作業用頂進泥漿包括下列各組分，下列各組分按質量百分比計膨潤土6～14％、水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN 0.6～1.1％、羧甲基澱粉醚CMS 0.5～0.9％、潤滑劑RH-30～2.5％、高爐礦渣35～60％、氫氧化鈉2.5～6％和磺化單寧酸鉀SKTN0.3～0.8％，餘量為水。
本發明具有如下有益效果本專利是為土壓平衡盾構頂管機設計的泥漿，它也適用於泥水平衡盾構頂管機、大型盾構機填充泥漿和其它類型的頂管機作為頂進、潤滑、填充用泥漿，同時具備一般觸變泥漿和硬化泥漿的兩個特性。上述技術方案中選擇無毒可生物降解型的水解聚丙烯腈銨鹽NAPN用作降失水劑，其能提高粘土顆粒的聚結穩定性，使粘土顆粒保持多級分散狀態，保持體系中細顆粒的含量，從而形成緻密的泥餅，降低濾失量；羧甲基澱粉醚CMS用作降濾失劑，其能吸水後形成囊狀物進入泥餅的細縫中，從而降低泥餅的滲透性；體系潤滑劑RH-3無毒可生物降解，潤滑劑RH-3可使設備與地層產生的固-固摩擦改編為活性劑非極性端之間或油膜之間的摩擦，或者通過表面活性劑的非極性端還可以再吸附一層油膜，從而使磨阻力大大降低；高爐礦渣中含有活性組分，活化後可產生一定的抗壓強度，且同時與水基體系有著良好的配伍性；激活劑可在加入體系後激活固化劑的活性組分，使固化劑產生一定的抗壓強度，體系選定的固化劑為NaOH；降粘劑磺甲基丹寧酸鹽SMT可在粘土顆粒的斷鍵邊緣上形成吸附水化層，削弱粘土顆粒之間的端-面和端-端連接，從而削弱或拆散空間網架結構而使體系粘度降低。
本發明為在鬆散地層情況條件下，完成大口徑管道的水平定向頂進，做技術保證，且泥漿配方實用、安全、效果好。解決了外購國外產品或合資產品價格昂貴的問題；應用該泥漿配方可以大大的降低工程成本，提高施工企業的經濟效益；解決了汙染地下水的問題。
圖1是養護84小時樣品抗壓強度變化規律；圖2養護180小時樣品抗壓強度變化規律。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步說明本發明的製備及使用方法1.將一定比例的膨潤土、水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN、羧甲基澱粉CMS、高爐礦渣、磺化單寧酸鉀SKTN、潤滑劑RH-3和水混合攪拌製作成泥漿，在頂進過程可做為一般的觸變泥漿。2.待到需將泥漿硬化時，注入一定比例的激活劑NaOH，泥漿將在若干時間內硬化，隨養護時間的增加抗壓強度逐漸增強。在頂進後可通過預留注入口，將固化劑NaOH注入變為硬化泥漿。
實施例1、下面配製三種本發明泥漿，與鉀銨聚合物泥漿和高膨潤土的正電膠泥漿進行實驗室對比實驗泥漿1、一級膨潤土6％、水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN 0.6％、羧甲基澱粉CMS 0.7％、高爐礦渣35％、磺化單寧酸鉀SKTN 0.8％和餘量水混合。
泥漿2、二級膨潤土14％、水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN 1.1％、羧甲基澱粉CMS 0.9％、高爐礦渣50％、潤滑劑RH-3 1.5％、磺化單寧酸鉀SKTN 0.5％和餘量水混合。
泥漿3、二級膨潤土10％、水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN 0.8％、羧甲基澱粉CMS 0.5％、高爐礦渣60％、潤滑劑RH-3 2.5％、磺化單寧酸鉀SKTN 0.3％和餘量水混合。
一、抑制性評價實驗1.1滾動分散性能評價通過滾動加熱爐，經分散實驗了解鑽井液抑制易水化分散的粘土巖樣的水化分散效果。
實驗具體步驟如下(1)稱取粒度為2-5mm的巖樣50g，放入盛有350ml蒸餾水的高溫罐中；(2)檢查無滲漏時，將高溫罐放入40℃的滾動加熱爐中，滾動分散16h後取出；(3)冷卻至室溫，用40目篩在水中篩洗1min，將篩餘巖樣於105℃烘乾；(4)取出巖樣，室溫下放置內24h，稱重。
(5)利用下式計算巖樣分散回收率R40R40＝m/50×100％式中R40——滾動分散回收率(過40目篩)/％；m——過40目篩的巖樣重量/g。
1.2頁巖膨脹實驗利用NP-01A型頁巖膨脹測試儀，考察巖樣的在不同介質中水化膨脹性能。
試驗方法如下(1)稱取105℃下烘乾的過100目篩的頁巖粉末15g，裝入墊有濾紙的測筒；(2)將測杆插入測筒，在壓力機上加壓到400Psi，保持5min，製得試驗巖芯；(3)接通主機，把測杆孔盤插入測筒內，安裝在主機的兩根連杆之間；(4)調節傳感器上的螺母，使數字顯示初始值為0.00。
(5)將測試液體小心注入測筒，使其浸泡樣芯，並開始記錄巖樣的膨脹量。
(6)利用下列公式計算膨脹率SRSR＝ΔH/L×100％
式中SR——膨脹率/％；ΔH——最大膨脹量/mm；L——巖心初始高度/mm。
1.3抑制性評價實驗結果(1)取徐深302嫩四段易膨脹泥巖巖屑分別對高膨潤土的正電膠泥漿、鉀銨聚合物泥漿、泥漿1、泥漿2和泥漿3進行熱滾回收實驗，40℃條件下滾動24h後，測得的回收率如下表1泥巖滾動回收率對比實驗數據表1
(2)粘土膨脹實驗，取徐深302井嫩四段易水化膨脹巖屑碾碎成粉，烘乾過100目篩，取上述鑽井液的濾液進行水化實驗，其結果見表1。通過實驗看出高膨潤土的正電膠泥漿和可硬化聚合物泥漿抑制效果好於鉀銨聚合物泥漿鑽井液，具有較強的抑制能力。
二、潤滑性評價實驗潤滑評價實驗主要是評價所篩選的潤滑劑，所篩選評價的潤滑劑為RH-3，評價儀器是青島海通達所生產NZ-3泥餅粘滯係數測定儀器來測定鑽井液潤滑係數在潤滑劑RH-3加量為2％(V/V)的條件下的鑽井液的潤滑係數。
潤滑評價實驗 表2
通過試驗評價以上三種鑽井液潤滑性均較好，潤滑劑性能穩定，滿足頂管作業用要求。
三、抗壓強度實驗選用圓柱型模具將100ml泥漿在不同濃度的激活劑氫氧化鈉激活後，緩緩倒入模具中，在模具上要覆蓋溼毛巾起到保溼作用，在室溫條件下，鑽井液體系靜止浸泡84h和180h，然後測定樣品的抗壓強度度，該實驗主要反映泥漿的抗壓強度隨激活劑氫氧化鈉、時間、固化劑高爐礦渣含量等因素的變化規律。
強度對比實驗表 表3
通過實驗看出可硬化聚合物泥漿抗壓強度隨著養護時間的延長、激活劑含量的增加、固化劑含量的增加等因素抗壓強度均具有增加的趨勢後，本實驗結果為不同施工條件下，現場頂管作業用泥漿的配方的調整以及頂管作業用泥漿所應具有的抗壓強度的變化規律提供了實驗數據。
四、頂管作業用特殊泥漿體系流變性能評價利用範氏旋轉粘度測定儀進行泥漿常規流變參數的室內實驗，室內測定所研製的泥漿體系以及其他兩種對比的泥漿體系的流變參數數據，泥漿體系的性能指標見下表可硬化頂管泥漿性能表表4
實施例2、應用於哈爾濱磨盤山水庫供水工程配水管網(第一標段)輸水管線穿越獲得成功。
上述實施例中所用的膨潤土為一級、二級或一級安丘土；潤滑劑RH-3的成分為多種表面活性劑的復配物，是由河南省輝縣市航天化工一廠銷售的，棕褐色液體，密度0.85～0.90g/cm3，潤滑係數降低率＞70.0％，pH7～8，性能及用途用於各類水基鑽井液，作防卡潤滑劑；水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN型號為NH4-HPAN，是由聚丙烯腈在高溫高壓下水解而成，外觀為黃色粉末，它是一種新型的鑽井液處理劑，用途及功能1.降低泥漿失水效果，尤其是高壓差失水，2.熱穩定性較好，3.泥漿流變特性好，4.具有一定的抑制粘土水化和防塌能力，5.具有較好的防粘卡效果，6.具有一定的抗鹽鈣汙染的能力，是由河北華運鴻業化工有限公司售出的；羧甲基澱粉CMS是改性醚類澱粉的一種，通常使用的是它的鈉鹽，所以又稱羧甲基澱粉鈉(CMS-Na)，外觀為白色或微黃色粉末或細小顆粒，無毒、無味、易溶於水、並形成透明液體，對光、熱皆穩定，它是能溶於水的高分子物質，羧甲基澱粉是以小麥、玉米、土豆、紅薯(任何一種均可)等澱粉為原料，經物理、化學反應精製而成，是由江西金門科技有限公司銷售的。
權利要求
1.一種頂管作業用頂進泥漿，其特徵在於包括下列各組分，下列各組分按質量百分比計膨潤土6～14％、水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN 0.6～1.1％、羧甲基澱粉醚CMS 0.5～0.9％、潤滑劑RH-30～2.5％、高爐礦渣35～60％、氫氧化鈉2.5～6％和磺化單寧酸鉀SKTN0.3～0.8％，餘量為水。
2.根據權利要求1所述的頂管作業用頂進泥漿，其特徵在於膨潤土14％、水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN 1.1％、羧甲基澱粉CMS 0.9％、高爐礦渣50％、潤滑劑RH-3 1.5％、磺化單寧酸鉀SKTN 0.5％、氫氧化鈉5％和餘量水。
全文摘要
本發明公開了一種頂管作業用頂進泥漿。該頂管作業用頂進泥漿包括下列各組分，下列各組分按質量百分比計膨潤土6～14％、水解聚丙烯腈銨鹽NH
文檔編號C09K8/18GK1958714SQ20061013768
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月6日 優先權日2006年11月6日
發明者王笑月, 徐峰, 劉聰, 劉喜才, 耿曉光, 何恕, 張井民, 李萬寶, 劉玉玲, 李欣 申請人:大慶油田建設集團有限責任公司