一种用于岩土钻挖孔工程的无固相冲洗液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于岩土钻挖孔工程的无固相冲洗液及其制备方法，无固相冲洗液配方包括下述重量份的组分：植物胶0.6～1.6份、钠羧甲基纤维素0.12～0.30份、交联剂0.40～1.2份、降解剂0～0.02份和水96.9～98.9份。本发明专利技术固相冲洗液的性能指标优良，属于假塑性幂律流体，具有良好的剪切稀释性能；对松散砂及风化破碎岩层具有极强的胶结护壁作用，有助于提高此类复杂地层孔壁的稳定性，对见水即散的碎石砂样放入该冲洗液中久泡不散；具有良好的絮凝钻屑聚沉的能力，维持体系无固相；该固相冲洗液中高分子聚合物含量少，有效降低了该无固相冲洗液的成本，且制备方法简单、实施性强。

A solid-free flushing fluid for geotechnical drilling and drilling engineering and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种用于岩土钻挖孔工程的无固相冲洗液及其制备方法
本专利技术属于岩土工程
，具体涉及一种用于岩土钻挖孔工程的无固相冲洗液及其制备方法。
技术介绍
近年来，岩土钻孔(槽)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，选用固壁性能好的冲洗液(亦称之为泥浆，或钻井液)是确保复杂地层孔壁稳定性、提高钻孔工程施工质量、降低生产成本的最有效途径之一。目前，现有岩土钻孔(槽)工程护壁泥浆包括细分散泥浆、钙处理粗分散泥浆、不分散低固相泥浆、聚合物型无固相泥浆等。其中，聚合物型无固相泥浆中不含粘土固相，又称无固相冲洗液，且其固壁性能由于其他的类型的护壁泥浆，但其成本较高，因此，其应用受到一定限制。本专利技术专利属于国家自然科学基金项目“垃圾填埋场PBFC防渗浆材性能与墙体变形分析”(项目编号：51678083)资助研究成果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种用于岩土钻挖孔工程的无固相冲洗液及其制备方法，该固相冲洗液能在破碎岩层表面形成一层网状吸附膜，以增强复杂地层的固壁性能，该固相冲洗液中高分子聚合物含量少，有效降低了该无固相冲洗液的成本，且该无固相冲洗液的制备方法简单、实施性强。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是设计一种用于岩土钻挖孔工程的无固相冲洗液，包括下述重量份的组分：植物胶0.6～1.6份、钠羧甲基纤维素0.12～0.30份、交联剂0.40～1.2份、降解剂0～0.02份和水96.9～98.9份。优选的技术方案是，所述植物胶为田菁胶、瓜尔胶、胡麻胶、香豆胶、魔芋胶中的一种或多种。优选的技术方案还有，所述钠羧甲基纤维素的聚合度为200～600、分子量为4.5万～13.5万。优选的技术方案还有，所述交联剂为铁铬盐与氯化铝或硼砂的组合物，铁铬盐的重量份为0.38～1.0份、氯化铝或硼砂的重量份为0.02～0.20份。优选的技术方案还有，所述降解剂为硼酸钾或硼酸钠。按配制1m3无固相冲洗液计算，本专利技术所述用于岩土钻挖孔工程的无固相冲洗液的制备方法按以下步骤实施：①取植物胶6～16kg，放入20～50kg水中常温下进行溶解，搅拌均匀，得植物胶溶液；②取钠羧甲基纤维素1.2～3.0kg，放入20～50kg水中常温下进行溶解，搅拌均匀，得钠羧甲基纤维素溶液；③取交联剂4.0～12kg，放入10～20kg水中常温下进行溶解，搅拌均匀，得交联剂溶液；④取降解剂0～0.2kg，放入2kg水中常温下进行溶解，搅拌均匀，得降解剂溶液；⑤将步骤①中的植物胶溶液倒入装有余量水的容器中，搅拌至均匀状态；向容器中加入步骤②中的钠羧甲基纤维素溶液，继续搅拌至均匀状态；加入步骤③中的交联剂溶液，继续搅拌至均匀状态；加入步骤④中的降解剂溶液，继续搅拌至均匀状态，得无固相冲洗液。本专利技术的优点和有益效果在于：(1)本专利技术无固相冲洗液通过植物胶、钠羧甲基纤维素和交联剂的共同作用，能快速地在破碎岩层表面形成一层网状吸附膜，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(起到较好的固壁作用)，提高钻孔/槽的工程质量与施工效率；该无固相冲洗液中加入了降解剂，实现了对植物胶完全降解的功能，避免流失的植物胶对钻孔周边环境的破坏和影响，有利于环境保护；同时，本专利技术的无固相冲洗液因为没有固相(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；本专利技术无固相冲洗液的高分子聚合物用量较少，成本低于其他聚合物型无固相泥浆，按目前泥浆处理剂市场价格计算，配制本专利技术1m3无固相冲洗液成本仅为40～50元，而配制1m3其他聚合物型无固相泥浆成本在70元以上。(2)本专利技术的天然植物胶为主剂的无固相冲洗液的粘度、API失水量、动切力、流变性、吸附胶结性等性能指标优良：漏斗粘度18～28s；API失水量(0.7MPa压差)8～16ml/30min；塑性粘度3.0～7.0mPa.s；表观粘度4.8～9.0mPa.s；动切力1.1～3.7Pa；属于假塑性幂律流体，流性指数0.48～0.87，稠度系数0.07～0.76；动塑比0.36～0.80，具有良好的剪切稀释性能；对松散砂及风化破碎岩层具有极强的胶结护壁作用，有助于提高此类复杂地层孔壁的稳定性，对见水即散的碎石砂样放入该冲洗液中久泡不散，并且该砂样放入冲洗液中只浸泡1s钟，取出后立即放入清水中仍然久泡不散；具有良好的絮凝钻屑聚沉的能力，维持体系无固相。因此，天然植物胶为主剂无固相冲洗液可广泛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。(3)本专利技术的天然植物胶为主剂的无固相冲洗液无毒环保，便于施工现场配制和使用，且可回收重复使用。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。在以下实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。实施例1本实施例的天然植物胶为主剂的无固相冲洗液的重量份组分为：田菁胶0.5份、瓜尔胶0.6份、钠羧甲基纤维素0.18份、氯化铝0.04份、铁铬盐0.5份、硼酸钾0.01份、水98.17份。本实施例天然植物胶为主剂无固相冲洗液的制备方法步骤如下：①取田菁胶5.0kg、瓜尔胶6.0kg，放入30kg水中常温下进行溶解，搅拌10min至均匀状态，得植物胶溶液；②取钠羧甲基纤维素(Na-CMC)粉剂1.8kg，放入30kg水中常温下进行溶解，边溶解边搅拌10min至均匀状态，得Na-CMC溶液；③取氯化铝0.4kg和铁铬盐5.0kg，放入20kg水中常温下进行溶解，搅拌3min至均匀状态，得交联剂溶液；④取硼酸钾0.1kg，放入2kg水中进行溶解，搅拌3min至均匀状态，得降解剂溶液；⑤将步骤①中的植物胶溶液倒入装有899.7kg水的容器中，搅拌10min至均匀状态；向容器中加入步骤②配置的Na-CMC溶液，继续搅拌10min至均匀状态，加入步骤③配置的交联剂溶液，继续搅拌5min至均匀状态；加入步骤④配置的降解剂溶液，继续搅拌5min至均匀状态，即得天然植物胶为主剂的无固相冲洗液。实施例2本实施例的天然植物胶为主剂的无固相冲洗液的重量份组分为：田菁胶0.6份、钠羧甲基纤维素0.12份、硼砂0.02份、铁铬盐0.38份、水98.88份。本实施例天然植物胶为主剂无固相冲洗液的制备方法步骤如下：①取田菁胶6.0kg，放入20kg水中常温下进行溶解，搅拌10min至均匀状态，得植物胶溶液；②取钠羧甲基纤维素(Na-CMC)粉剂1.2kg，放入20kg水中常温下进行溶解，边溶解边搅拌10min至均匀状态，得Na-CMC溶液；③取硼砂0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于岩土钻挖孔工程的无固相冲洗液，其特征在于，包括下述重量份的组分：植物胶0.6～1.6份、钠羧甲基纤维素0.12～0.30份、交联剂0.40～1.2份、降解剂0～0.02份和水96.9～98.9份。

【技术特征摘要】
1.一种用于岩土钻挖孔工程的无固相冲洗液，其特征在于，包括下述重量份的组分：植物胶0.6～1.6份、钠羧甲基纤维素0.12～0.30份、交联剂0.40～1.2份、降解剂0～0.02份和水96.9～98.9份。2.如权利要求1所述的用于岩土钻挖孔工程的无固相冲洗液，其特征在于，所述植物胶为田菁胶、瓜尔胶、胡麻胶、香豆胶、魔芋胶中的一种或多种。3.如权利要求2所述的用于岩土钻挖孔工程的无固相冲洗液，其特征在于，所述钠羧甲基纤维素的聚合度为200～600、分子量为4.5万～13.5万。4.如权利要求3所述的用于岩土钻挖孔工程的无固相冲洗液，其特征在于，所述交联剂为铁铬盐与氯化铝或硼砂的组合物，铁铬盐的重量份为0.38～1.0份、氯化铝或硼砂的重量份为0.02～0.20份。5.如权利要求4所述的用于岩土钻挖孔工程的无固相冲洗液，其特征在于，所述降解剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：代国忠，李雄威，李书进，施维成，史贵才，宋杨，黄小红，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32