膨润土浆性能指标的确立和控制

1、钻孔灌注桩及防渗墙施工 造孔固壁泥浆技术要求2目录-、 造孔固壁泥浆施工技术基本要求：（一）、制浆材料（二）、新制泥浆配合比及性能指标（三）、泥浆拌制方法（四）、钻进中和清孔换浆的槽内泥浆性能指标和处理方法（五）、泥浆质量检测和控制要求（六）、其它二、造孔固壁泥浆性能特点（一）、泥浆的作用（二）、低固相优质固壁泥浆（三）、膨润土浆性能指标的确定和控制9一、造孔固壁泥浆施工技术基本要求：采用旋挖钻机及进行钻孔灌注桩施工及采用抓斗建造防渗墙槽孔，由丁钻 进速度的提高，钻具运动各排磴方式的变化，对泥浆的固壁和悬浮、输送等功能提出了更高的要求。目前，国际上普通采用环保型超泥浆(Supermu。，和低固

2、相膨润土泥浆固壁，现着重国内通用的膨润土泥浆固壁工艺， 草拟本技术基本要 求，供施工人员参考。(一) 、制浆材料：1. 膨润土该土应达到石油工业部部级标准钻井液用膨润土(SY-5060-85)所规定 的二级膨润土的指标。2. 水水是泥浆的分散相，在泥浆中水的用量最大，应当对水的质量予以足够的 重视。水中的杂质或PH值不同，泥浆的性质也大不相同。在使用含有大量盐类 (CsT、Na* Mg+)的海水、河水，或性质不明的水时，应先进行化验。当水中的钙离子浓度达到100Mg/L以上时，膨润土就会聚集和沉降分离。 当水中的钠离子浓度达到500Hg/L以上时，膨润土的湿胀性就会极度下降；达到 接近丁海水的

3、浓度(3400Mg/L)时，就要产生凝集。因此在配制泥浆时最好使用 钙离子浓度不超过100Hg/L，钠离子浓度不超过500Hg/L和PH值为中性的水。 超出此范围就要考虑使用处理剂。3. 分散剂工业用纯碱(NaCO)，可选用天津红三角牌工业纯碱，其质量指标见表1。表1工业纯碱质量指标总碱量(%之)氯化物(%与Fe含量(%匀硫酸盐(%<)水不溶丁物(%匀烧失量(%<)981.20.010.151.34. 增粘剂选用中粘度埃甲基纤维素(CMC，其性能指标如下:表2 CMC性能指标粘度(厘 泊)代替度有效成份(%)含NaC1(%)水份(%)PHffi备注3008000.60.8>8

4、5<8<1068溶媒法5. 絮凝剂选用聚丙烯酰胺，其功能是有选择性絮凝作用，对务土絮凝，对膨润土护 胶，维持泥浆的低固相，同时能提高泥浆的流变性能，提高剪切稀 释能力。6. 防漏剂选用锯末作防漏剂，如有必要，可用碎核桃皮代替。(二) 新制泥浆配合比及性能指标：对丁一般砂砾石层，可用下表内的两种配合比制浆。而其它地层，可参照配比， 并根据试用情况加以调整。表3泥浆配合比地层配合比(%)膨润土纯碱CMC聚丙烯酰胺水一般680.3 0.50.05 0.100.05100漏失100.3 0.50.1 0.2100根据上述配比，泥 浆应达到的性能指标如下表:表4 膨润土泥浆性能指标地层性能指

5、标比重漏斗粘 度(S)失水量(ml/30min)泥皮厚(mm)塑性粘 度(cp)10分钟静 切力 (N/m2)动切力(N/ m 2)PH值一般1.042530<15<1.5<1524488.510.0漏失1.063545<15<2.0<20486158.510.0说明：1. 10分钟静切力亦称胶凝强度，动切力亦称屈服值2. 因使用膨润土制浆，新制泥浆的稳定性、胶体率和含砂量均能 达到防 渗墙施工规范的要求，所以未提出指 标，在拌制浆液时也不进行试验和 检测。3. 塑性粘度与动切力之比值是衡量泥浆剪切稀释性能的重要指标。所以 在测得上述二者数值后，要计算其比值

6、并进行分析。（三）、泥浆拌制方法1. 泥浆拌制应选用高效、低噪音的高速回 转搅拌机。2. 搅拌时间：高速搅拌机每槽搅浆时间控制在510分钟。3. 应按规定的配合比配制泥 浆，各种材料的加量误差不得大丁 5%。4. 泥浆处理剂如纯碱、CMC»聚丙稀酰胺使用前宜配制成一定水溶液，以提高其效果。纯碱水溶液浓度为20% , CM&日聚丙稀酰胺水溶液均为1.5 %5 .拌制泥浆的加料顺序：先加水，依次加膨 润土、CMCM和NaCQ由丁 CMC（M醇解会妨碍膨 润土的溶胀，所以要在膨润土之后投入6. 新制膨润土浆需存放24小时，经充分水化溶胀后方能使用。7. 储浆池内的泥浆应经常搅动，保

7、持指标均一并避免沉淀或离析。（四）、钻进中和清孔换浆的槽内泥浆性能指标和处理方法：1. 在钻进过程中，槽内泥浆由丁地层中土磴的混入、膨润土及泥浆处理剂的 消耗，泥浆性能浆逐渐恶化，以至影响到钻进速度和固壁效果，为此制定了 槽内泥浆的性能指标（对一般地层）的性能标准（见表 5）:表5泥浆性能指标控制标准试验项目比重漏斗粘度（S）含砂量（%）失水量(ml/30min)泥皮厚（mm）PH值指标<1.152035<8<30<4>7<11对丁漏失地层使用的泥浆不做规定。2. 在钻进过程中，应在循环浆沟中取样，检测上述指标，如超出指标，必须 进行处理。其方法是：（1）暂

8、停钻进，用泵抽吸槽内泥浆，用除砂器净化；（2） 废弃槽内部分泥浆，同时补充新鲜浆液。3. 上述指标亦可作为活孔换浆的控制标准。（五）、泥浆质量检测和控制要求1. 泥浆生产所使用的各种材料，均应经过检验方可使用。2. 膨润土的质量测定方法和仪器，按照石油工业部部级标准钻井液用膨 润土（SY-5060-85）执行。对每批量的膨润土均应进行检测。3. 确定或修改膨润土浆配合比时，测定项目有比重、漏斗粘度、含砂量、失水量、泥皮厚度、塑性粘度、10分钟静切力、动切力、稳定性、胶体率。 检测方法参照石油、地质部门有关规定进行。4. 每日由搅拌机中对新制泥浆取三次样，经水化溶胀24小时后测定其比重、 漏斗粘

9、度。每日并对新浆储浆池内的泥浆取样一次进行检测，其项目有比重、漏斗粘度、失水量、泥皮厚度、塑性粘度、10分钟静切力、动切力。5. 在主孔正常钻进时，对经循环浆沟回到孔内的泥浆应取样检测，每班进 行一次，检测项目是比重、漏斗粘度和含砂量，每日还需检测失水量、泥 皮厚度和PH值一次。（六）、其它1. 在槽孔和储浆池周围应设置排水沟，防止地表污水或雨水大量流入后污染泥浆，恶化其性能。2. 混凝土浇筑时应防止混凝土洒落在槽内污染泥浆。被混凝土置换出来的泥浆，除混凝土顶面以上 2米以内的可回收使用，但要测定其粘度、失水 量、泥皮厚度和PH值，如发现性能恶化，可掺加分散剂进行处理。3. 在钻进过程中如发现

10、轻度漏浆，可在回浆沟内投放锯末等堵漏材料止漏， 如遇严重漏失必须停泵并向孔内抛填粘土、水泥堵漏。二、造孔固壁泥浆性能特点：（一）、泥浆的作用：1. 固壁固壁即在槽孔施工的过程中，保持孔壁的稳定。固壁的机理是槽孔内的泥浆压力高丁所在地 层的地下水压力，使泥浆渗入槽壁土体中，其中 较细的 颗粒进入孔隙中，较粗的颗粒附着在孔壁阻力也会增加，最终达到了平衡， 水不再进入地层，泥浆与土层被泥皮隔开。泥浆所产生的侧压力通过泥皮 作用在孔壁上，保证了槽壁的稳定。2. 悬浮和携带钻渣泥浆具有一定的黏度、屈服 值和凝胶强度，可以悬浮一定大小的钻渣而不 会沉淀，使钻进得以不断进行，同时钻渣被泥浆携带排出孔外。3.

11、 冷却钻头在钻进过程中，钻头对孔底岩石或土层的冲击、切削、摩擦，很大部分能 量变成了热能，钻头的温度将不断升高，需要泥 浆进行冷却。（二）低固相优质固壁泥浆在我国，使用老式 钢丝绳冲击钻机进行钻孔灌注桩施工或建造地 连墙， 一般使用当地粘土制造固壁泥 浆，这种粘土浆液不太适合冲击反循环或旋挖 钻机工艺施工。因为在松散和小颗粒地层中高速钻进，因其性能较差，不易 很快在孔壁形成致密泥皮，而难以保证槽孔稳定；浆液本身浓度高、比重大、 摩阻力高，净化和泵送困难，钻深孔困难。因此，我们选用膨润土作为制浆 材料，拌制低固相 优质固壁泥浆用丁旋挖钻机钻进或反循环钻进。1. 膨润土泥浆的特点：膨润土是一种以蒙

12、脱石矿物为主要成分的粘性土，与一般粘土相比，它 水化能力强，膨胀性大，分散性高。用它制成的泥浆浓度低（一般为4-8%）, 固定颗粒含量少，但具有良好的物理力学性能，故称其 为低固相优质固壁泥 浆，其特点有：（1） 泥浆比重小，可泵及净化性能好，适用丁旋挖钻机钻进或反循环 钻进工艺，并有利丁墙体材料浇筑。（2）失水量小，形成的泥皮薄而有韧， 固壁效果好。（3）具有良好的流变性能，悬浮携带钻磴能力强，利丁提高钻 进效率。（4）用成品膨润土粉拌制泥浆，造浆率高，省电、省工和省时，机 械磨损小，可降低工程成本。2. 膨润土的质量标准及使用情况：我们选择膨润土和进行质控的依据是石油工 业部部级标准钻井液

13、用膨润土(SY-5060-85)，该标准将成品膨润土分成三个级别(见表6):膨润土品质指标表项目指标一级膨润土二级膨润土三级膨润土造浆率(m/t)>16>16>12滤失量(ml)<15<17<22动切力(Pa)<1.5 X塑性粘度湿度(%)<10<10<15湿筛分析200目筛余(%)<4<4<4在我国，优质的天然钠膨润土资源较少，价格也贵，故工程泥浆常采用二级 及三级膨润土，这种钙膨润土加入外加剂处理后，也能制成较好性能的泥浆，可满足工程需要，成本较低。(三) 、膨润土浆性能指标的确立和控制1. 泥浆比重适当的比重可

14、维护槽孔壁的稳定性，有利丁悬浮和携带岩屑，提高钻进工效。 但比重过大会降低纯钻工效，妨碍柔性材料置换，损坏墙体质量。比重太小则不能保持槽孔壁的稳定，易发生坍塌。我们选用的泥浆比重为：新拌制浆液控制在 1.041.06。槽内泥浆比重应不大丁 1.15,否则应废弃，进行换浆。2. 泥浆粘度是泥浆性能的主要指标，塑性粘度是泥浆的内摩擦力，过大会降低钻进工效。 且泥皮厚，易引起粘钻、卡钻。故应加强除砂，活除泥浆中无用的固体颗粒。塑 性粘度常控制在815CP,一股不超过20CR结构粘度是动切力与剪切力速度之比 值，是表面特征不同的分散相颗粒相互问产生的作用力和形成网架结构而增加的 流动阻力，与动切力密切

15、相关。施工现场常采用漏斗粘度计测量泥浆粘度，其控制值为：新制泥浆为2530s, 槽孔泥浆不小丁 20s。3. 泥皮厚度与失水量土质好、颗粒细，则成片状，水化膜厚，能形成致密，透水性小的泥皮，泥皮薄而有韧性，失水量也小。如可加入CM（»其它有机聚合物，可保护粘土颗粒， 提高水化膜的厚度和泥皮的可压缩性，使失水量降低，泥皮变薄。新制泥浆控制指标：失水量15ml/30min ,泥皮厚1.5mm槽孔泥浆控制指 标为：失水量30ml/30min，泥皮厚3mm4. PH值泥浆的酸碱度（PH值对泥浆性能有很大影响，当土颗粒带负电荷时，它必 须要在碱性条件下才能维持稳定，因此泥浆必须维持在碱性范围。新制泥浆PH值一般控制在810o槽孔泥浆PH值不得超过11,如PH值过多，则泥浆会产生 分层现象，失去固壁作用，且腐蚀性大。5. 静切力乂叫凝胶强度，显示泥浆静止时内部颗粒之间引力的大小，是泥浆触变性大小的标志，且随时间的增长而增大。对静切力的要求：泥浆不循环时能悬浮岩屑， 循环时能携带岩屑，且便丁活除。静切力过高，开泵困难，易压裂地层造成漏失。 静切力一般控制在24Pa。6. 动切力是泥浆体系内部颗粒之间和