新型冲洗液在紫坪铺工程钻孔施工中的应用
陈明鉴 杨莉
（中国水利水电第一工程局基础处理分局，大连市旅顺区，116041）
[摘  要] 四川紫坪铺水利枢纽属国家西部大开发的重点工程，地质条件复杂，岩石破碎，裂隙发育。1号导流洞出口高边坡多点位移计施工受设计要求限制及复杂地质条件影响，钻孔取芯施工难度极大。通过引入并改进SM植物胶无固相冲洗液，利用其携带岩粉能力强、明显的护壁和减磨作用的特殊性能，有效地解决了上述问题，为顺利施工提供了保障。
[关键词]  SM植物胶   钻孔施工  应用
1 概述
四川紫坪铺水利枢纽属国家西部大开发的重点工程。1号导流兼泄洪排砂洞出口高边坡因地质条件差，为监测高边坡稳定性，在高边坡上增设7个多点位移计观测孔。钻孔总延米393.5米。开孔直径Φ130mm,终孔直径Φ91mm，钻孔倾角为水平下倾5度。钻孔孔深在50.5－60.5米之间。钻孔所遇岩石主要为须家河组中细砂岩及泥质粉砂岩，其中夹有煤质页岩。岩石破碎，裂隙发育。因设计单位缺少该部位的详细地质资料，多点位移计钻孔要求取芯并做地质描述，且取芯率要求较高。
2 SM植物胶无固相冲洗液的引入与配方改进
受地质条件影响，钻孔过程中冲洗液渗失特别严重，且多次发生塌孔埋钻现象。钻孔难以达到设计孔深。受孔向影响，钻具磨损严重。同时，为了很好地取出保持地层原始结构和物理力学性状的岩样，施工队采用了双管单动钻具取芯钻进，但效果不明显，岩芯采取率仍难以满足设计要求，为此引进了SM植物胶无固相冲洗液。
2.1 SM植物胶的成分
   SM植物胶(含28.8%高聚多糖)是一种多年生草本植物的根加工而成，呈土黄色固体料粉末，无毒、无气味，在干燥的环境下可保持多年不变质。
2.2 SM植物胶钻井液的原始配方及改进配方
   原为砂卵石覆盖层的钻井液，为了适用于紫坪铺的地质条件，必须重新经试验获得改进配方。
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SM胶干粉(重量公斤)：水(升)=2：100；Na2CO3加量按SM胶干粉重量的5%。如用NaOH，则按SM胶干粉重量的3%。
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为取得适应该地质条件的最佳SM植物胶无固相冲洗液配方，我们通过现场试验取得
了宝贵的改进配方：
水敏性较强，易吸水膨胀缩径的地层，在SM胶无固相冲洗液中加入一定比例（1—3
％）的高粘CMC。
极松散、渗透性强有丰富的地下水的覆盖层，SM胶加量可提高到3%，Na2CO3加量
仍按SM胶干粉重量的5%计算。
基岩挤压破碎带，易出现坍塌掉块现象的地层，采用SM胶加入防塌效果较好的腐
植酸钾(KHm)及CMC：SM胶粉 1—1.5%；Na2CO3   加量按SM胶干粉重量的5%；KHm 1—1.5%；CMC500-1000ppm.
(4)SM胶与膨润土配制低固相泥浆
SM胶是多功能的泥浆处理剂，与膨润土配合，可制配低固相泥浆，或超低固相泥浆。它在泥浆中的突出作用是提粘、降失水、保护岩芯、防塌、减振和润滑减阻。它还可以起到稳定泥浆的作用，泥浆中加入SM胶起到保护作用以后，可以防止高聚物对泥浆的絮凝作用，它的护壁效果比单独的SM胶或单纯的膨润土低固相泥浆好。它在松散的覆盖层和基岩破碎地层提高护壁效果，在漏失地层降低钻井液的成本具有适用价值。
SM胶配制的低固相泥浆，其功能随SM和膨润土二者的比例不同而异，具体规律是：
SM胶比例增加，膨润土加量减少，护芯的效果增加，取芯质量提高；粘弹性减振的作用增强，可以提高转速，从而提高钻进效率。
膨润土的比例加大，SM的比例减少，则破碎地层的护壁效果提高，漏失地层的成本降低。但护芯的效果变差，取芯质量变低，粘弹性减振的效果下降，钻进转速必须降低。
与SM胶复配的膨润土以钠土为好，因为钠土不需要浸泡钠化。如果采用钙质土，则加碱时要把膨润土钠化所需碱量加上去。
SM胶处理低固相泥浆用于水敏性地层时，加入适量的CMC，可以提高护壁防塌效果。
SM胶与膨润土的适用配方如下：
①SM1%+ Na2CO35%+钠土3-5%
②SM1%+ Na2CO35%+钠土3%+CMC0.1%
③SM0.5%+ Na2CO35%+钠土5%+CMC0.1%
以上Na2CO3的加量5%均为SM干粉重量的百分比。
2.3 SM植物胶钻井液的性能和特殊功能
max.book118.com SM植物胶钻井液的基本性能
    SM植物胶在碳酸钠或氢氧化钠的助溶作用下，可以任何比例溶解于水制造无固相钻井液或低固相泥浆。加量越大，粘度越高。漏斗粘度达到10分钟以上仍不影响泵吸性能，不增加泵压。
表1是不同浓度SM胶无固相浆液和低固相泥浆不同配方的基本性能对比。
表1 SM胶土无固相钻井液和低固相泥浆基本性能对比
编号	配方	比重	粘度
(秒)	失水量
(ml/30分)	初切力
(达因/厘米)		1	SM1%	1.003	67	12	5		2	SM2%	1.015	209	9	15		3	SM1%+CMC0.2%	1.005	101	10.4	7.5		4	SM1.5%+CMC0.2%	1.008	146	8.8	15		5	SM1%+钠土3%	1.02	86	10.2	15		6	SM1%+钠土4%	1.025	114	9.6	25		7	SM1%+钠土5%	1.04	169	8.8	35		8	SM1%+钠土3%+CMC0.1%	1.03	110	8.6	15		9	SM0.5%+钠土5%+CMC0.1%	1.035	133	10	25		附注：(1)SM胶中均加入5%的Na2CO3
         (2)失水量采用低速滤纸试验。
max.book118.com SM植物胶钻井液的的流型和流变性
SM植物胶配制的无固相钻井液和低固相泥浆，都是粘弹性流体。
在粘性流体(或牛顿流体)上施加压力时，流体产生形变，且变形与切力成正比，这部分切力作为克服内部摩擦阻力以热的形式放出，没有贮存在体系内，切力去除后，形变不恢复。这就是粘性流体或牛顿流体。
在弹性流体上施加切力时，物体产生形变，且变形与切力成正比，并服从霍克定律。如果除去切力，贮存在物体内部的能量立即放出，物体也就立即恢复到原来形态，这种物体称为弹性体。
粘弹性流体是介于粘性流体和弹性物体之间和一种流体。当外力作用于粘性弹性流体上，一部分能量消耗于内摩擦，以热的形式放出。一部分能量作为弹性变形贮存于流体内，当除去切力时，流体立即恢复部分形变，达到体系内的新的平衡。SM植物胶就是粘弹性流体。
SM植物胶的流变性能如表2所示。
表2 SM胶不同配方的流变性能
配方
编号	ηＡ
(厘泊)	ηｐ
(厘泊)	ιｄ
(磅/100尺2)	ιｄ/ηｐ	ｎ	Ｋ		1	20.5	10	21	2.1	0.4034	12.6348		2	32.5	15	35	2.3	0.3785	23.7892		3	23	11	24	2.18	0.3943	15.0951		4	27.5	13	29	2.23	0.3890	18.7206		5	27.5	10	30	3	0.2895	37.2247		6	32.5	10	45	4.5	0.2410	44.7279		7	35	10	50	5	0.2224	75.3131		8	32.5	10	45	4.5	0.

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