专利名称：一种顶管作业用顶进泥浆的制作方法
技术领域：
本发明涉及地质岩石勘探领域用的一种助剂，尤其是一种顶管作业用顶进泥浆。
背景技术：
目前，国内用于顶管机顶进、润滑、填充的泥浆，性能单一易污染地下水，泥浆失水后造成地表塌陷。在顶进过程中遇到松散地层时，会发生涌水现象或因摩擦阻力过大而无法施工，造成顶管失败。
发明内容
为了解决背景技术存在的不足。本发明提供一种顶管作业用顶进泥浆，该泥浆解决了土压平衡盾构顶管机顶进过程中易产生地表塌陷、摩擦阻力过大及造成顶进失败的问题。
本发明的技术方案是该顶管作业用顶进泥浆包括下列各组分，下列各组分按质量百分比计膨润土6～14％、水解聚丙烯腈铵盐NH4-HPAN 0.6～1.1％、羧甲基淀粉醚CMS 0.5～0.9％、润滑剂RH-30～2.5％、高炉矿渣35～60％、氢氧化钠2.5～6％和磺化单宁酸钾SKTN0.3～0.8％，余量为水。
本发明具有如下有益效果本专利是为土压平衡盾构顶管机设计的泥浆，它也适用于泥水平衡盾构顶管机、大型盾构机填充泥浆和其它类型的顶管机作为顶进、润滑、填充用泥浆，同时具备一般触变泥浆和硬化泥浆的两个特性。上述技术方案中选择无毒可生物降解型的水解聚丙烯腈铵盐NAPN用作降失水剂，其能提高粘土颗粒的聚结稳定性，使粘土颗粒保持多级分散状态，保持体系中细颗粒的含量，从而形成致密的泥饼，降低滤失量；羧甲基淀粉醚CMS用作降滤失剂，其能吸水后形成囊状物进入泥饼的细缝中，从而降低泥饼的渗透性；体系润滑剂RH-3无毒可生物降解，润滑剂RH-3可使设备与地层产生的固-固摩擦改编为活性剂非极性端之间或油膜之间的摩擦，或者通过表面活性剂的非极性端还可以再吸附一层油膜，从而使磨阻力大大降低；高炉矿渣中含有活性组分，活化后可产生一定的抗压强度，且同时与水基体系有着良好的配伍性；激活剂可在加入体系后激活固化剂的活性组分，使固化剂产生一定的抗压强度，体系选定的固化剂为NaOH；降粘剂磺甲基丹宁酸盐SMT可在粘土颗粒的断键边缘上形成吸附水化层，削弱粘土颗粒之间的端-面和端-端连接，从而削弱或拆散空间网架结构而使体系粘度降低。
本发明为在松散地层情况条件下，完成大口径管道的水平定向顶进，做技术保证，且泥浆配方实用、安全、效果好。解决了外购国外产品或合资产品价格昂贵的问题；应用该泥浆配方可以大大的降低工程成本，提高施工企业的经济效益；解决了污染地下水的问题。
图1是养护84小时样品抗压强度变化规律；图2养护180小时样品抗压强度变化规律。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明本发明的制备及使用方法1.将一定比例的膨润土、水解聚丙烯腈铵盐NH4-HPAN、羧甲基淀粉CMS、高炉矿渣、磺化单宁酸钾SKTN、润滑剂RH-3和水混合搅拌制作成泥浆，在顶进过程可做为一般的触变泥浆。2.待到需将泥浆硬化时，注入一定比例的激活剂NaOH，泥浆将在若干时间内硬化，随养护时间的增加抗压强度逐渐增强。在顶进后可通过预留注入口，将固化剂NaOH注入变为硬化泥浆。
实施例1、下面配制三种本发明泥浆，与钾铵聚合物泥浆和高膨润土的正电胶泥浆进行实验室对比实验泥浆1、一级膨润土6％、水解聚丙烯腈铵盐NH4-HPAN 0.6％、羧甲基淀粉CMS 0.7％、高炉矿渣35％、磺化单宁酸钾SKTN 0.8％和余量水混合。
泥浆2、二级膨润土14％、水解聚丙烯腈铵盐NH4-HPAN 1.1％、羧甲基淀粉CMS 0.9％、高炉矿渣50％、润滑剂RH-3 1.5％、磺化单宁酸钾SKTN 0.5％和余量水混合。
泥浆3、二级膨润土10％、水解聚丙烯腈铵盐NH4-HPAN 0.8％、羧甲基淀粉CMS 0.5％、高炉矿渣60％、润滑剂RH-3 2.5％、磺化单宁酸钾SKTN 0.3％和余量水混合。
一、抑制性评价实验1.1滚动分散性能评价通过滚动加热炉，经分散实验了解钻井液抑制易水化分散的粘土岩样的水化分散效果。
实验具体步骤如下(1)称取粒度为2-5mm的岩样50g，放入盛有350ml蒸馏水的高温罐中；(2)检查无渗漏时，将高温罐放入40℃的滚动加热炉中，滚动分散16h后取出；(3)冷却至室温，用40目筛在水中筛洗1min，将筛余岩样于105℃烘干；(4)取出岩样，室温下放置内24h，称重。
(5)利用下式计算岩样分散回收率R40R40＝m/50×100％式中R40——滚动分散回收率(过40目筛)/％；m——过40目筛的岩样重量/g。
1.2页岩膨胀实验利用NP-01A型页岩膨胀测试仪，考察岩样的在不同介质中水化膨胀性能。
试验方法如下(1)称取105℃下烘干的过100目筛的页岩粉末15g，装入垫有滤纸的测筒；(2)将测杆插入测筒，在压力机上加压到400Psi，保持5min，制得试验岩芯；(3)接通主机，把测杆孔盘插入测筒内，安装在主机的两根连杆之间；(4)调节传感器上的螺母，使数字显示初始值为0.00。
(5)将测试液体小心注入测筒，使其浸泡样芯，并开始记录岩样的膨胀量。
(6)利用下列公式计算膨胀率SRSR＝ΔH/L×100％
式中SR——膨胀率/％；ΔH——最大膨胀量/mm；L——岩心初始高度/mm。
1.3抑制性评价实验结果(1)取徐深302嫩四段易膨胀泥岩岩屑分别对高膨润土的正电胶泥浆、钾铵聚合物泥浆、泥浆1、泥浆2和泥浆3进行热滚回收实验，40℃条件下滚动24h后，测得的回收率如下表1泥岩滚动回收率对比实验数据表1
(2)粘土膨胀实验，取徐深302井嫩四段易水化膨胀岩屑碾碎成粉，烘干过100目筛，取上述钻井液的滤液进行水化实验，其结果见表1。通过实验看出高膨润土的正电胶泥浆和可硬化聚合物泥浆抑制效果好于钾铵聚合物泥浆钻井液，具有较强的抑制能力。
二、润滑性评价实验润滑评价实验主要是评价所筛选的润滑剂，所筛选评价的润滑剂为RH-3，评价仪器是青岛海通达所生产NZ-3泥饼粘滞系数测定仪器来测定钻井液润滑系数在润滑剂RH-3加量为2％(V/V)的条件下的钻井液的润滑系数。
润滑评价实验 表2
通过试验评价以上三种钻井液润滑性均较好，润滑剂性能稳定，满足顶管作业用要求。
三、抗压强度实验选用圆柱型模具将100ml泥浆在不同浓度的激活剂氢氧化钠激活后，缓缓倒入模具中，在模具上要覆盖湿毛巾起到保湿作用，在室温条件下，钻井液体系静止浸泡84h和180h，然后测定样品的抗压强度度，该实验主要反映泥浆的抗压强度随激活剂氢氧化钠、时间、固化剂高炉矿渣含量等因素的变化规律。
强度对比实验表 表3
通过实验看出可硬化聚合物泥浆抗压强度随着养护时间的延长、激活剂含量的增加、固化剂含量的增加等因素抗压强度均具有增加的趋势后，本实验结果为不同施工条件下，现场顶管作业用泥浆的配方的调整以及顶管作业用泥浆所应具有的抗压强度的变化规律提供了实验数据。
四、顶管作业用特殊泥浆体系流变性能评价利用范氏旋转粘度测定仪进行泥浆常规流变参数的室内实验，室内测定所研制的泥浆体系以及其他两种对比的泥浆体系的流变参数数据，泥浆体系的性能指标见下表可硬化顶管泥浆性能表表4
实施例2、应用于哈尔滨磨盘山水库供水工程配水管网(第一标段)输水管线穿越获得成功。
上述实施例中所用的膨润土为一级、二级或一级安丘土；润滑剂RH-3的成分为多种表面活性剂的复配物，是由河南省辉县市航天化工一厂销售的，棕褐色液体，密度0.85～0.90g/cm3，润滑系数降低率＞70.0％，pH7～8，性能及用途用于各类水基钻井液，作防卡润滑剂；水解聚丙烯腈铵盐NH4-HPAN型号为NH4-HPAN，是由聚丙烯腈在高温高压下水解而成，外观为黄色粉末，它是一种新型的钻井液处理剂，用途及功能1.降低泥浆失水效果，尤其是高压差失水，2.热稳定性较好，3.泥浆流变特性好，4.具有一定的抑制粘土水化和防塌能力，5.具有较好的防粘卡效果，6.具有一定的抗盐钙污染的能力，是由河北华运鸿业化工有限公司售出的；羧甲基淀粉CMS是改性醚类淀粉的一种，通常使用的是它的钠盐，所以又称羧甲基淀粉钠(CMS-Na)，外观为白色或微黄色粉末或细小颗粒，无毒、无味、易溶于水、并形成透明液体，对光、热皆稳定，它是能溶于水的高分子物质，羧甲基淀粉是以小麦、玉米、土豆、红薯(任何一种均可)等淀粉为原料，经物理、化学反应精制而成，是由江西金门科技有限公司销售的。
权利要求
1.一种顶管作业用顶进泥浆，其特征在于包括下列各组分，下列各组分按质量百分比计膨润土6～14％、水解聚丙烯腈铵盐NH4-HPAN 0.6～1.1％、羧甲基淀粉醚CMS 0.5～0.9％、润滑剂RH-30～2.5％、高炉矿渣35～60％、氢氧化钠2.5～6％和磺化单宁酸钾SKTN0.3～0.8％，余量为水。
2.根据权利要求1所述的顶管作业用顶进泥浆，其特征在于膨润土14％、水解聚丙烯腈铵盐NH4-HPAN 1.1％、羧甲基淀粉CMS 0.9％、高炉矿渣50％、润滑剂RH-3 1.5％、磺化单宁酸钾SKTN 0.5％、氢氧化钠5％和余量水。
全文摘要
本发明公开了一种顶管作业用顶进泥浆。该顶管作业用顶进泥浆包括下列各组分，下列各组分按质量百分比计膨润土6～14％、水解聚丙烯腈铵盐NH
文档编号C09K8/18GK1958714SQ20061013768
公开日2007年5月9日 申请日期2006年11月6日 优先权日2006年11月6日
发明者王笑月, 徐峰, 刘聪, 刘喜才, 耿晓光, 何恕, 张井民, 李万宝, 刘玉玲, 李欣 申请人:大庆油田建设集团有限责任公司