定向钻施工中泥浆控制
水平定向钻进砂层的泥浆技术
水平定向钻进砂层的泥浆技术作者：秦磊来源：《价值工程》2013年第21期摘要：砂层为机械分散地层，颗粒间缺乏胶结，水平定向钻进时孔壁很容易坍塌。
文章分析了砂层特点，阐述了泥浆功用和性能，总结了水平定向钻进砂层的泥浆体系设计方法和施工中的注意事项。
Abstract： For the lack of bonding between particles of sand layer， the hole wall suffers instability during the process of horizontal directional drilling construction. This paper analyzes the characteristics of the sand layer， explain the function and performance of mud， summarizes the designing of mud used in the sand layer and the key point of horizontal directional drilling construction.关键词：水平定向钻进；砂层；泥浆设计Key words： horizontal directional drilling；sand layer；designing of mud中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）21-0123-020 引言水平定向钻进（英文简写HDD）是采用安装于地表的钻孔设备，以相对于地面的较小的入射角钻入地层形成先导孔，然后将先导孔扩径至所需大小并铺设管道（线）的一项技术，在施工中具有跟踪和导向功能。
该技术解决了使用开挖法不能在城区内或在大型天然障碍下铺设地下管线的问题。
钻具在地层中进行穿越成孔，孔在空间上处于近乎水平状态，当孔周为砂层等松散地层时，极易发生孔内事故或质量问题。
水平定向钻牵引管道施工控制要点
水平定向钻牵引管道施工控制要点一、施工准备阶段的控制1、确定钻进轨迹与选择合理的穿越地层水平定向钻可承担各种不同材质管线的穿越任务，钻机性能的发挥依赖于适宜的地质条件和合理的轨迹设计。
如果地质条件理想，穿越曲线位于黏土、亚黏土、或淤泥等生成浆液效果比较好的地层，施工时可以适当加长曲线长度，且拖拉力不会增加很多，可加快工程进度;如果穿越曲线所在的地层不理想时(例如流沙、钙质层、砾石层)，则会降低穿越成功的可能性，甚至导致钻孔无法完成。
事先充分了解施工地段的地质条件是穿越成功的重要前提。
2、地质要求必须先勘察穿越工程处的地质情况，不同地层需要选用不同的钻具及结构。
穿越地层必须详勘，一般按要求在穿越中心两边各15m，沿中心线方向间距设勘察孔，而对于复杂的地质则勘察孔务必加密。
穿越段地质勘探应提供以下参数值:各层厚度、取样深度、含水量、颗粒度、液性指数、塑性指数、液限、塑限、承载力标准值等数据，并提供水质报告、穿越地段地形和地质钻探剖面图，供施工单位使用参考。
3、集泥池为保证附近环境卫生状况，在钻进前应先在两端挖好集泥浆池，安装好泥浆泵，及时抽出导向钻和扩孔阶段的泥浆。
二、导向孔的施工控制1、导向钻孔钻头内的发射器可以发射钻头的位置、顶角、深度、钻头温度、面向角、发射器内电池状态等参数，并由地面手提定位示踪仪接收，操作人员及时准确地确定钻头的具体位置和深度，并随时通过钻机调整钻机参数，以控制钻头按设计轨迹钻进。
2、卡钻的解决办法在砾石、粉细砂、钙质层钻进中，较容易出现卡钻现象。
发生卡钻时(特别是民居房屋下的地层)，应及时调整泥浆指标，使用大泥浆排量，与挖掘机配合将钻杆撤出卡钻区;通过调整泥浆指标，使用膨润土，增加泥浆切力，并使用扭矩大、推力大的钻机及其匹配的钻头，才能最终完成导向孔的钻进。
3、钻头脱落和钻杆折断问题钻头脱落和钻杆折断是施工过程中常见的孔内事故。
多为孔内地质情况复杂、回转阻力大以及人员操作不当等多种原因引起。
定向穿越泥浆控制方案
泥浆控制方案一 .泥浆主要成分：水、膨润土、添加剂二 .泥浆作用：润滑钻具、降低钻具摩擦产生的温度、携带钻屑、固孔三 .泥浆技术控制3.1泥浆配置根据芦荡河定向钻穿越地址勘探说明可知，该穿越工程主要穿越粉质粘土、淤泥质粘土及粘土层。
泥浆粘度值表参照上面泥浆粘度值表并结合以往穿越施工经验建议:①钻导向孔（9〃井眼）阶段主要问题分析导向孔的顺利完成是整个施工的基础，通过导向孔取全取准各项资料将指导扩孔过程中方案的制定，因此必须保证在导向孔的施工过程中井眼稳定，以利于形成规则稳定的井壁，同时要保证泥浆具有良好的井眼净化能力。
钻井液技术措施*粘土层地层较稳定，成孔性较好，岩屑易造浆、分散，防泥包是关键问题，解决了防泥包问题也就解决了流变性稳定问题。
尽量采用低坂土含量泥浆，控制适当低的粘度、切力，提高泥浆中的SDX大分子聚合物浓度，以提高泥浆抑制性防泥包；加入SDJ防漏失；同时，SDX和SDJ加入泥浆中后，还能降低摩阻以减少钻井扭矩及推进阻力，从而达到提高机械钻速目的。
施工时要求钻井液G1三2Pa以利携砂，粘度在40〜50s之间有利于提高泵排达到提高携砂效率的目的。
a.入井泥浆配方及泥浆性能b.配制工艺(1)按标准配方，先按地面容积预配40方泥浆开钻，取淡水39方，加入钠土1.6 吨，SDX 40 公斤，SDJ 40 公斤。
(2)*粉质、淤泥质粉质粘土地层地层疏松，胶结差，成孔差或放置时间长容易塌孔。
钻井中容易出现泥浆窜漏情况，施工中采用适当高的粘切，较低泥浆失水，致密泥饼，要求泥浆滤液粘度高，尽量减少泥浆滤液进入地层降低胶结力，进入浅层中的SDX和SDJ增强近井壁的胶接能力，增强地层强度，有效支撑井壁，从而达到稳固井壁的目的。
同时，具有封堵能力的SDJ进入地层后亦可有效的堵塞地层中的孔道，阻止泥浆窜入地层，从而避免因泥浆窜流掏空地层而造成的坍塌情况。
c.入井泥浆配方及泥浆性能d.配制工艺(1)按标准配方，先按地面容积预配40方泥浆开钻，取淡水39方，加入钠土2吨，SDX40公斤，SDJ40公斤。
某定向钻工程中泥浆的配制及注意事项
阻止泥浆窜入地层 ， 而避免 因泥浆窜流掏空地 从
加碱软化 ， 降低 ｃ 、 ｇ ａＭ 离子含量 ， 改善水质 ， 同时 提高水的 ｐ Ｈ值 ， 水的 ｐ Ｈ值为 ９ ０时最适合膨 ～１ 润 土 的水化 。各 施 工过 程泥 浆性 能 的 调整 方法 及
（ Ｓ Ｌ・ ）
处理剂加入速度 ／ ・ ５ ｉ 咆 （ ｎ 】 １ｍ ）
土 粉 ＳＸ Ｄ ＳＪ Ｄ
１２ 细砂 、 ． 中砂层
该 地层 疏 松 、 结 差 、 孔 差 ， 置 时 间长 容 胶 成 放
易塌孔。 钻孔 中容易 出现泥浆窜漏情况 ， 施工 中宜 １４ 泥浆性 能 的调 整 ． 泥 浆 配 比用 一 级 钠 基 膨 润 土 加 上 泥 浆 添 加 人 地层 。 已进人 浅 层 中 的 Ｓ Ｘ和 Ｓ Ｊ 增强 近孔 剂 。 Ｄ Ｄ 可 使用 的 泥浆 添加 剂有 ： 降失水 剂 、 固壁剂 、 滑 润 壁 的胶结能力 ， 增强地层强度 ， 有效支撑孔壁 ， 从 剂等。 水源将就近利用附近地表淡水 ， 抽入水罐内
淡 水 ３ 。加 入 钠 土 ２４ｔＳ Ｘ １ ｇ Ｓ Ｊ ０ｋ 。 ９ｍ ， ． ，Ｄ ２ｋ ，Ｄ ｇ ６
的 。黏土 层 入孔 泥 浆配 制工 艺 为 ： 标 准配 方 ， 按 先 按 地 面容 积 预配 ４ ０ｎ 泥浆 开钻 ， ｌ 取淡 水 ３ Ｉ加 ９Ｉ。 Ｔ，
入 钠土 １ ，Ｄ ０ｋ ，Ｄ ０ｋ 。 ２为处 理剂 ． Ｓ Ｘ ４ ｇ Ｓ Ｊ ｇ 表 ６ｔ ４ 的加入 方 案 。
水平定向钻穿越过程中泥浆压力与土体变形的控制
３ 泥 浆 的特 性
如果泥浆已将孔洞 中的岩土置换 ， 那么泥浆必
６ ％。 ０ 由于驱动地下钻具和维持孔洞稳定 的需要 ， 泥浆进入钻管时需要增加一定的压力 ， 压力范围一
须具有足够 的携带能力 和流动能力 ， 才能将岩土钻 屑携带至孔洞外 。 泥浆 的携带能力是指泥浆在非流 动状态下 ， 使钻屑悬浮 的能力 ， 这种能力与泥浆 的
至少能驱动泥浆马达的转动和钻头的钻进切削 ， 也 是带动孔洞中泥浆旋转流动的基本条件 。 假设 泥浆在孔洞 中是静止的 ， 那么 ， 点的静 该
液压 力 为 ： ＝Ｐｇ 叮１ ｈ
足上述条件的泥浆经过高压泥浆泵增压 ， 输送到泥
带能力和流动能力 ， 就必须提高泥浆 的压力 ， 以 用
克服增加的流动阻力 。
如果是在钻杆接续 、更换钻头或钻进停止时，
悬浮在泥浆 中的钻屑沉入孔洞底部 ，将钻孔堵塞 ， 这将是很危险的事情。然而 ， 泥浆 的变性特征会在
一
浆马达后开始发挥作用 。 在这个过程 中泥浆压力不 仅传输泥浆 ， 促使泥浆流动 ， 而且为泥浆剪切岩土
下沉变形 ，也可能会引起地表或河底 的隆起变形。 变形 的原 因较为复杂 ， 一般地 ， 变形易发生在 土质 疏松 的回填土地段 、 土体不连 续地段 、 地质不均匀 分布的地段等 。 水平定向钻在钻导 向孔 、 预扩孔和敷设穿越管
本文将重点探讨水平定 向钻穿越过程 中， 如何 调整 泥浆配 比和泥浆压力来控 制和减少土体的变 形 问题 。因此 ， 泥浆的流动性 、 絮凝性 、 降滤失性 、 防
第５ 期
２１年 １ ０ １ ０月
非开挖技术
Ｃｈ ｎ ｅ ｃ ｌｓ ｃ ｎ ｌ ｇ ｉ ａ Ｔｒ ｎ ｈ ｅ ｓＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ
供水管道定向钻穿越施工中泥浆问题的探讨
供水管道定向钻穿越施工中泥浆问题的探讨摘要：供水管道定向钻进穿越施工中泥浆是不可缺少的，如何在保证质量、安全等基本要求的前提下，通过科学管理、科技进步的方法，最大限度的减少泥浆对环境负面的影响。
从施工实践来看，泥浆所带来的问题贯穿于整个施工周期，不仅仅是后期环保处理泥浆的问题。
因此在施工过程中，环保处理泥浆的问题势在必行。
环保施工处理泥浆并不是一种新的施工技术，而是要求工程的参与者用“可持续”的眼光去施工、去管理。
如何在保证质量的前提下，运用施工手段来合理的控制泥浆的量，有效地保护我们这个城市的生态环境。
关键词：定向钻进穿越的施工；泥浆造成环境污染；施工方法引言水平定向钻技术是一种非开挖铺设、修复或更换各种地下管道和电缆的施工技术，与传统开挖施工穿越技术相比，水平定向钻技术在提高施工效率、缩短工期、降低综合成本和环境保护方面具有明显优势。
目前水平定向钻技术已在国内市政工程中得到广泛应用，尤其是在供水管道建设中扮演着越来越重要的角色，但是水平定向钻穿越在带来施工便利的同时也存在很多发生工程事故的可能性，造成工程施工困难、工期及成本不可控甚至工程失败，这些事故体现在工程项目的各个施工工序中。
因此，如何解决水平定向钻施工过程中出现的各种技术难题、避免工程事故显得尤为重要。
1施工技术的优势运用定向钻穿技术可以有效避免对环境和周围建筑物的破坏。
通过前期调查，在施工过程中运用地下钻孔技术将管道进行有针对性的铺设，可以保证管道施工质量。
在陆地施工中，在离地面3m以下进行管道施工，该施工技术不需要太高的地质和环境要求，除此之外，地面环境和道路压力也不会对施工造成影响。
在河道施工中，即使在河道10m以下区域施工，管道的腐蚀性也不会很高，管道仍然可以正常工作。
定向钻穿越施工有着施工周期短、工作效率高等优势。
综上所述，定向钻穿越施工技术比传统管道开挖施工技术更有优势，它可以提高整体工作效率，保证工程效益。
2重视泥浆的作用，但不能容忽视其污染问题定向钻进穿越工作过程，就是通过定向钻机的操控、计算机控制及地面其他检测仪器进行导向和探测，通过泥浆的护壁、润滑、携带、冷却作用，先钻出一个与设计曲线相同的导向孔，然后再将导向孔逐渐扩大、挤压，形成一个光滑规则的孔洞，最后把管线回拖到扩大了的导向孔中，完成管线穿越的施工过程。
穿越施工泥浆及钻屑处理的说明
穿越施工泥浆及钻屑处理的说明在水平定向钻穿越施工中所涉及的环境保护问题主要包括以下几个方面：1、定向钻穿越施工中所产生泥浆的处理泥浆是水平定向钻施工过程中所必需的材料，起到携带钻屑返回地表、冷却钻头、润滑等作用。
泥浆是膨润土与水一定比例混合搅拌而成，膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿,蒙脱石的化学成分为:（Al2,Mg3）[Si4O10][OH]2nH2O。
由于是天然形成，所以对环境并不会产生明显的破坏性影响。
泥浆通过钻孔携带钻具切削岩石产生的钻屑返回地面，进入到专用的泥浆收集池中。
部分钻屑可以在泥浆池中自然沉淀，用轴流泵将初步沉淀后的泥浆抽送至泥浆回抽系统进行处理。
泥浆回收系统是通过对返浆进行除砂除泥处理以达到可重复利用目的的设备（设备示意图参见附件一、附件二、附件三）。
泥浆的重复利用可以相应的减少最终剩余泥浆的处理量。
经回收系统过滤出的主要是钻具切削岩石所产生的钻屑，主要成分是砂岩、泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩的碎屑。
属二类固体工业废弃物，对环境无明显危害。
工程完工之后，对剩余钻屑中国境内钻屑使用专业车辆运输到环保部门指定的专门场所，按照环保部门具体处理要求进行处理。
俄罗斯境内施工场地的钻屑工程期间堆积在专门的场地，待工程完工之后运回国内指定场地进行相同处理。
对于施工结束后中国境内的剩余泥浆，计划使用专用泵抽至密封罐车内拉送至环保部门指定的专门场所，按照环保部门具体处理要求进行处理。
俄罗斯境内剩余泥浆，待工程完工之后使用密封容器拉回至中国境内以相同方式处理。
2、对施工作业区域土壤的保护施工作业区域主要采取以下方式对土壤进行相应保护。
首先，在钻机、泥浆泵及发电机组等燃油设备下铺设彩条布，防止漏油对土壤造成污染。
其次，在膨润土堆放区域及泥浆作业区域同样铺设彩条布，防止泥浆或膨润土粉尘与土壤的接触。
再次，在现场挖掘专用泥浆池，在坑池内部四周砌砖并在内侧磨水泥，达到隔离泥浆与土壤的目的（示意图参见附件2）。
定向钻泥浆处理方法
定向钻泥浆处理方法概述定向钻井是一种钻井技术，用于在地下钻探特定方向的井眼。
在定向钻井过程中，钻井液（泥浆）起着重要的作用。
钻井液不仅需要具备良好的冲刷和悬浮能力，还需要对井壁进行密封和稳定。
因此，定向钻井过程中的泥浆处理至关重要。
本文将介绍定向钻泥浆处理的方法和技术，包括泥浆的成分、处理流程、常见问题及解决方案等内容。
泥浆的成分定向钻泥浆通常由水、黏土、悬浮剂、碱性剂、醚酸盐等多种成分组成。
这些成分在泥浆中发挥着不同的作用：1.水：作为泥浆的基础成分，用于形成泥浆的基质。
2.黏土：提供泥浆的黏性和稳定性，增加泥浆的黏度。
3.悬浮剂：用于悬浮固体颗粒，防止固体沉淀。
4.碱性剂：调节泥浆的pH值，防止井壁腐蚀。
5.醚酸盐：用于改善泥浆的流变性能，提高泥浆的冲刷能力。
泥浆处理流程定向钻泥浆的处理流程一般包括以下几个步骤：1.混合：根据泥浆配方，将各种成分按照一定比例混合。
混合过程中需要严格控制各种成分的浓度和质量。
2.混合物的调整：根据实际情况，对混合物进行调整，以满足定向钻井的需求。
例如，调整泥浆的密度、黏度和悬浮性等。
3.过滤：通过过滤装置，将泥浆中的固体颗粒和杂质去除，保证泥浆的清洁度。
4.添加剂：根据需要，添加一些特殊的化学剂，以提高泥浆的性能。
例如，添加减摩剂以减少钻头磨损，添加抗高温剂以适应高温环境等。
5.循环：将处理好的泥浆循环注入井口，冲刷井壁，保持井眼稳定。
常见问题及解决方案在定向钻井过程中，泥浆处理可能会出现一些常见问题，下面将介绍这些问题及相应的解决方案：1.泥浆黏度过大：导致泥浆循环困难，影响钻井速度。
解决方案可以是添加稀释剂或调整泥浆的固相含量。
2.泥浆密度不稳定：导致井壁不稳定，易引起井塌。
解决方案可以是调整泥浆的密度，并添加稳定剂。
3.泥浆中固相颗粒过多：导致井眼堵塞，影响钻井进度。
解决方案可以是增加过滤装置的效果，加强固相颗粒的去除。
4.泥浆中含有有害气体：可能会对工作人员的健康造成危害。
定向钻穿越泥浆技术
定向钻穿越泥浆技术定向钻穿越泥浆技术是一种用于在地下进行定向钻井的技术。
它主要在需要穿过泥浆等较软土层时使用，可以帮助钻井工程师在难以进入或不适合使用传统方法的地质条件下完成钻井作业。
下面将详细介绍定向钻穿越泥浆技术的原理、应用和优势。
定向钻穿越泥浆技术的原理是通过改变钻头和钻杆的位置和方向，以使钻孔更符合特定的结构和造型要求。
这可以通过改变钻头和钻杆相对于钻井井口的角度来实现，其中钻头的角度可以通过传感器和控制系统来测量和调整。
钻井工程师可以根据地质情况和钻井的目标来决定钻头的运动和方向。
定向钻穿越泥浆技术在各种领域都有广泛的应用。
其中一个主要领域是石油和天然气勘探和开采。
在油田中，存在许多难以到达的地质层，如在海底或垂直深度较大的区域。
使用定向钻穿越泥浆技术，可以在这些地质条件下穿越泥浆，以达到油田勘探和开采的目的。
此外，定向钻穿越泥浆技术还可以在建筑工程中用于土壤和地基状况评估，以及在海洋和湖泊中进行水下钻井作业等。
定向钻穿越泥浆技术具有许多优势。
首先，它可以提高钻井的效率。
由于定向钻穿越泥浆技术可以实现复杂的钻孔路径，因此可以减少钻井的次数和成本。
其次，它可以提高钻井的质量。
由于定向钻穿越泥浆技术能够更准确地达到特定的目标，因此可以降低错误操作的风险，保证钻井的质量。
此外，定向钻穿越泥浆技术还可以降低对环境的影响。
相比传统的直线钻井，使用定向钻穿越泥浆技术可以减少土地开发和土壤破坏的面积。
总结起来，定向钻穿越泥浆技术是一项在地下钻井中使用的技术，它通过改变钻头和钻杆的位置和方向，实现钻孔的特定结构和造型要求。
这项技术在石油和天然气勘探和开采、土壤和地基状况评估以及水下钻井等领域都有广泛应用。
它具有提高钻井效率、提高钻井质量和降低环境影响等优势。
在未来，随着科学技术的不断进步，定向钻穿越泥浆技术有望在更多领域发挥重要作用。
日照-仪征管道定向钻穿越粘土层的泥浆控制
油 库 与 加 油 站 第 ２ 卷 第４ ０ 期 总第 １６ ２ １ 年８ １ 期 ０１ 月出版
ＮＯ． ＮＯ． １ ｏａｌ Ａｕ ０． ０ １ ４ １ ６ ｔ ｔｌ ｙ ｇ２ ２ １
０Ｉ ＤＥＰ Ｌ ＯＴ ＡＮＤ ＧＡＳ Ｓ ＴＡＴＩ ＯＮ ＶＯＬ． ０ ２
日照 一仪 征 管 道 定 向钻 穿 越 粘 土 层 的 泥 浆 控 制
中， 泥浆对孔壁的破坏作用主要是直接冲刷 ， 泥浆
对孔 壁土层 的直接 冲刷作 用使钻 孔孔 壁 土层 的结 构遭 到破 坏 ， 使土 层 的粘滞力 和 内摩 擦 角降低 ， 致
引起钻 孔缩 径 和 坍 塌 ， 壁破 坏 的 程 度取 决 于 泥 孔
浆 的流动速 度 和 流 态 ， 响 泥浆 流 动 速度 和流 态 影
比较理 想 的流态 。
在 实际施 工 中 ， 往往 借助 于改 良泥浆 配 比 ， 增
大 泥浆 的动 切力 和泥浆 的塑性 粘度 来改 变泥浆 的
流型 ， 达到稳 定孔 壁 的 目的。
２ 泥 浆流 变参数 对孔 壁稳定 性 的影 响
壁 失稳 ， 导致 管线 或钻 具被 埋 ， 给铺管 工程 造成 不 可 弥补 的损 失 。而 泥 浆 可 以保 证 孔 壁 的稳 定 性 ，
钻 液泥浆 的配 比、 流型 的流变 参数 ， 以及 钻孔 推 进 速 度都 进行 了有效 控制 ， 取得 了 良好效 果 。 １ 泥 浆在 定 向钻 铺管 施工 中 的作用及 流型 在 长距 离 的铺 管施 工 中 ， 孔 穿 越 会 存 在 孔 钻
和 紊流 的优 点 ， 服 了层 流和 紊流各 自的不足 ， 克 是
到 的地 层 岩性 主要 为③ 层 粘 土 ： 黄 色 ， 灰 可塑 ， 土
定向钻施工中泥浆在流沙地层的运用——流沙层风险控制不是个困难的问题
带 能力 是 指 泥浆 对砂 屑所 表 现 的悬 浮输 送 能力 ， 如
果泥浆没有 良好的悬浮性能 ， 停钻时流沙很容易沉
淀堆积在孔底 ， 当泥浆泵重新启动时 ， 钻孔压力猛
增， 孔壁或周边地层存在被挤压裂开 的可能 ， 引起
漏浆或渗漏 ； 输送能力通 常用浆屑 比表示 ， 即泥浆
对 钻屑 的携 带 比例 。笔 者对市 场现 用 的数 十种膨 润 土 ， 了携 沙性 能 的 浆屑 比对 照 ， 中 Ｍｉｓａｏ膨 做 其 —ｗ ｃ
层成 孔 的关 键要 素 。
实验仪器 ： 氏漏斗 、 Ｐ 标准筛 、 氏低温压 马 ＡＩ 范
滤机。
实验 目的 ： 检测各膨润土相关参数 用膨润土配泥浆 ， 形成概念上解决流沙层的泥
由此可以看 出， 对流沙层泥浆配方作用的关键 要点是扣住泥浆 的护壁性和携带能力 。 护壁要保证
在流沙层 和孔道 间形成有很好粘附力 、 强度 、 韧性 的泥皮 ， 以阻止流动泥浆对 它们 的相互影 响 ， 防止
到一批 结果 ： 实 验条 件 ： 润 －＿５ ， 膨 １２ ｇ清水 ： ０ （Ｈ值 ７５ － ： ５ ｍｌｐ ０ ．） 低 速搅拌 ｌｍｉ， Ｏ ｎ 高速搅 拌 ２ｍｉ。 ０ ｎ
程风险 ， 如何选择性能符合要求的泥浆品种和合适
的泥浆配方 ， 才是解决问题的钥匙 。 流沙 的“ 是指沙子处于半流体状态 ， 流” 水减小 了沙粒间的摩擦 力 ， 沙子变得非常易“ 流动” 。当沙 之间的水分达到饱和时 ， 沙子会 翻滚起来 ， 流动 的 地 下水 向上流动 ， 产生的力 克服 了重力 ， 使得沙粒 更易漂浮 ；地面的振动增加 了浅层地下水 的压力 ， 从而使沙子和淤泥沉积发生液化形成流沙 。 流沙现 象主要发生在细砂 、粉砂及轻亚砂黏土等土层中。 那么在流沙层中 ， 控制沙层的松散 、 提高成孔强度 、 增加成孔泥皮层的胶结性 、 防易 渗 透 等 ， 是 流 沙 就
泥浆性能对定向钻进铺管孔壁稳定性的影响
摘
要： 本文 通过对 泥浆性能 的分析 ， 特别是对泥浆 流变参数 的控制 与调节在定 向钻进非 开挖铺管 中的作用
及其护壁原理的分析 ， 简要 阐述 了泥浆性 能对定 向钻进铺管孔壁 稳定性 的影响 ， 对非开挖 定向钻进铺管施工
有 一 定 的指 导 意 义 。
关键词 ： 水平定 向钻进 、 泥浆 、 泥浆 流变参数 、 孔壁稳定性
面对二 十一世 纪城 市化 趋势 的特 点 ，以及 在 人
能和参 数 。如泥浆 添加 剂 的组成 、造 浆粘 土 的粒径
等。
口、 资源、 环境压力下 ， 为确保经济可持续发展 ， 加大 城市地下空间开发利用的力度，将相关城市基础设
施建 造在 地下 ，已成 为未 来城 镇建 设 的重要发 展方
切 速 率 为 ０ 。
在实际施工中，人们往往借助于通过改良泥浆 配 比，增 大泥 浆 的动切 力 和泥浆 的 塑性粘 度 改变泥
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第２ ５卷 第 ３ 期
黄光明： 泥浆性 能对定 向钻进铺管孔壁稳定性 的影响
９
浆 的流 型 ， 如加 入有 机高 分 子 、 入 固壁剂 等措 施 降 加
对 于施 工来说 ，合 理选 择泥 浆 的参数是 至关 重 要 的。泥浆 对孔壁 稳定 作 用主要 表现 在 四个 方 面 ： （） １泥浆 失水 造壁 作用 在 泥浆 离子浓 度 和泥浆 压力 的作 用下 ，泥浆 水 分会部 分 向孔壁 土层 的孔 隙 中渗 透 ，从 而在 孔壁 上 形成薄 而韧 的泥皮 ， 阻挡 孔壁 土层 的塑性 变形 ， 而 从 达到稳 定孔壁 的作 用 。泥皮 的强度 取决 于泥浆 的性
低泥 浆 流动速度 和增 加 泥浆 的 临界 流速 ，改变 泥浆 的流 型 ， 而达 到稳定 孔 壁 的 目的。 从
水平定向钻穿越中的泥浆问题
质材料 ； 海泡石族 的棒状膨润土抗盐性能好 、 热稳 定 性较 高 ， 配置盐 水 泥浆 的好 材料 。 是 目前 ， 世界上最好 的膨润土是美 国的怀俄 明膨
润 土 ， 国的 山东潍 坊膨 润 土矿 质 量较好 。 我
３２ 泥 浆添 加剂 ＿
泥浆添加剂是泥浆 中添加的一种辅助材料 ， 其
出现沉 砂 卡钻 ， 就要 求 泥浆 具有 良好 的流变 性 ； 这
（） ２ 护壁 ： 在钻进过程 中对 已成 的钻孔起稳定 孔壁 的作 用 ； （ ） 滑 ： 钻 导 向孔 和管 线 回拖 过 程 中泥 浆 ３润 在
可 以起 到很 好 的 润滑 作 用 ， 坚 硬 岩石 地 层 扩孔 时 在 其 对扩 孔 器 的润滑 作用 更加 明显 ；
对 性地 调整 泥 浆配 料 的成 分 。
般来讲 ， 水平定 向钻用泥浆 由三大部分材料 组成 ： 润土 、 膨 泥浆 添加 剂 和水 。
一
而， 在方 案 准 备 阶段 清 楚 地 了解 穿 越 地段 的地 层 条
件， 并根据地层条件 的特点研究不 同的泥浆配制方 案， 对确保穿越成功有十分重要的意义。
又 能把 钻 孔 内 的钻 屑悬 浮 住 ， 致 很 快 下 沉 ， 止 不 防
以高岭石 和伊利石为 主的膨润土分布较广 、 价
格 便 宜 ， 广泛 应 用 的 泥浆 材 料 ； 蒙 脱 石 为 主 的 是 以 膨 润 土 水 化 分 散 、 附性 能 较 好 ， 配 置 泥 浆 的 优 吸 是
苏 打 ） — 能通过 离 子交 换 和沉 淀作 用使 钙 质粘 土 — 变 为 钠 质粘 土 ，从 而 有效 改 善 粘 土 的水 化 分 散 性
（） １ 流变性 的控制参数 主要是粘度 、 切力和触
泥浆在定向钻施工中的作用
泥浆在水平定向钻施工过程中的作用泥浆素来具有“定向钻血液”之称，在定向钻施工过程中起着重要的作用。
泥浆的质量往往决定着工程的成败。
现在越来越多的队伍开始注重泥浆的性能。
一、泥浆的作用。
泥浆在定向钻施工中的作用有以下几个方面：（1）悬浮和携带钻屑。
定向钻施工中产生的废渣、钻屑会悬浮在泥浆中，泥浆在循环过程中将这些钻屑带出孔道，保持孔道干净，防止卡钻，有利于管道回拖。
（2）稳定孔壁。
孔壁是否稳定和规则是水平定向钻是否成功的决定性因素。
泥浆在孔壁上形成一层比地层渗透性低得多的滤饼，一方面巩固井壁，一方面阻止泥浆进入地层。
（3）冷却和润滑钻头及钻杆。
钻头在破碎障碍物时会因为摩擦生热，泥浆恰好可以冷却钻头。
具有良好润滑性能的泥浆，可以减少摩擦，减少扭矩，延长钻头寿命，提高转速。
（4）控制地层压力。
控制泥浆的压力，使之与地层压力相平衡，防止地下水渗入泥浆或者泥浆渗入地层。
（5）循环停止时悬浮钻屑，防止下沉。
泥浆停止流动时应具有继续悬浮钻屑的能力，防止钻屑下沉堆积造成卡钻和反复研磨的事故，循环恢复时泥浆又以液体形态携带钻屑流动。
（6）从钻屑了解地层结构。
泥浆携带出来的钻屑可以帮助我们了解所钻地层的结构及组成。
（7）辅助钻进，提供辅助动力。
泥浆在钻头出以高速射流喷出，具有一定的动力，可以辅助破碎岩石。
在泥浆的众多作用中悬浮携带钻屑和稳定孔壁是泥浆的基本功能。
二、泥浆的性能参数。
水平定向钻的泥浆没有像石油钻井泥浆那么复杂，但是定向钻的泥浆也必须具有一定的性能参数。
这些参数有：含沙量、比重、动切力、塑性粘度、初静切力、终静切力、动塑比、表观粘度、剪切稀释性、滤失量等等。
（1）含沙量。
含沙量是泥浆中沙粒占的体积百分比。
泥浆中沙粒含量过高会使泥浆泵柱塞磨损。
一般泥浆的含沙量应≤4%。
（2）动切力。
动切力是泥浆处于层流时泥浆中网状结构强度的度量。
静切力是泥浆开始流动时所需的最低切力。
动切力应≥30。
（3）塑性粘度。
塑性粘度不随剪切力发生变化。
管道定向钻穿越中的泥浆配制
取 的勘察资料不全 、 不准等 ， 因此 ， 在施工过程一定
要 结 合现 场 实 际 ， 时观察 和 测试 返 出泥浆 的实 际 随
状况（ 粘度 、 比重 、 含砂量等）并及 时调整泥浆的配 ，
比及工 艺参 数 ， 保施 工过 程 的顺利 。 确
进及 管 线 回拖 提供 有 效 的润 滑 作用 。经过 试 验 ， 采 用 清 水 ＋ ％的 膨 润 土 配 制 的 泥 浆 ，摩 擦 系 数 为 ５ ０３ ；采用 清 水 ＋ ％的膨 润 土 ＋ ． ． ６ ５ ０５ ％润 滑剂 配 制 的 泥浆 ， 摩擦 系数 为 ０１５ 可 见加 入 润 滑剂 能 显 著 降 ． ， ７ 低摩 擦 系 数 ， 特别 是 当穿 越 长 度 较 长 ， 以 有 效 降 可 低管线 的回拖 阻力 ， 保证 管线 回拖 的安 全性 。
（） ２ 泥浆 应 该 有 比较 强 的 护壁 作 用 ， 孔 壁 形 在
定的造浆功能 ， 会使泵人 的泥浆变得粘稠 ， 因此 ， 在
此 类 地层 条件 下 进行 水 平定 向钻施 工 时 ， 浆 配 制 泥 的原 则 是 粘 度要 相对 较 低 ， 般 情 况 下 其 漏 斗 （ 一 表 观 ） 度应 控制 在 ４ 粘 ０～５ｓ ５。 某 定 向钻 穿 越 工程 ，地层 条 件 ：粉 质 粘 土 、 淤
在穿越河流 、 道路等障碍 的施工 中得到 了广泛 的应
用， 而且 穿 越长 度 越来 越 长 ， 越直 径越 来 越 大 ， 穿 地 质条 件 越 来越 复 杂 。在 定 向钻 穿越 施 工 中 ， 泥浆 的 合 理 配 制 和恰 当使 用 是 影 响水 平 定 向钻 穿 越 施 工
成功率 的一个非常重要 因素 ， 尤其是针对不 同地层 条件配制不同参数要求的泥浆几乎对水平定 向钻
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浅析定向钻施工中的泥浆控制【摘要】水平定向钻穿越是管道建设当中非开挖穿越一种施工方法，在城镇、野外的特殊地域经常使用，定向钻穿越施工中泥浆是必然产物，废弃泥浆有着控制困难、泄露的随机性、污染水源、占地时间长等特点，对环境造成不利影响。
随着社会不断进步，越来越多的人们将对泥浆来源逐渐认知和熟悉，为此控制减少泥浆使用量、排放量，采取科学的泥浆回收处里措施将成为定向钻施工中环境保护工作重点。
【关键词】定向钻、泥浆、泄露、处理一、泥浆来源及特性1、水平定向钻中的泥浆使用情况。
在穿越过程中，选择最优的泥浆压力是工程顺利施工的保证。
穿越过程需要经历打导向孔（钻孔）—扩孔—清孔—回拖等施工工艺过程，为避免卡钻、导向失控等问题，对泥浆成分的配比和使用量也会不断的增加和改进。
预计每穿越1km管线需要泥浆量800立方米。
2、泥浆主要配比。
泥浆主要由水和膨润土构成，每100立方米泥浆配比见下表：表1-1泥浆配方序号材料名称用量kg 功能及特点1 钠基膨润土5000 泥浆主要材料，与细土相仿2 羧甲基纤维素钠/cmc 25 提高粘度和切力、降滤失、防塌和耐盐、耐温，其通过提高泥浆中固相颗粒的水化膜厚度和泥饼的压缩性，使失水量降低。
3 羧甲基淀粉/cms 25 是一种降滤失剂，通过氢键吸附到粘土上，增加粘土的负电性和水化薄厚度，提高粘土颗粒间斥力，使泥浆保持一定数量的细颗粒，形成致密泥饼，从而增加滤液粘度。
4 正电胶干粉25 与粘土颗粒只形成结构，不产生电性中和，不引起粘土颗粒聚沉。
堵塞泥饼空隙，减小泥饼渗透性，降低失水量。
5 工业纯碱 5 可改善粘土的水化分散性能，降低滤失量，增大粘度和切力。
6 封堵剂 5 防止钻井液大量漏入地层，可做裂缝性和溶洞性地层堵漏。
7 油基润滑剂10 增加泥浆的流变性和润滑性3、不同地层泥浆配方。
在穿越施工中，不同地质条件下要求泥浆的性能指标不同，通常通过改良泥浆配方来改善泥浆的性能。
可穿越地质主要分为：粘土、亚粘土、粉砂细砂、中砂、粗砂砾砂、岩石。
泥浆配方见下表：表1-2泥浆配方地质泥浆配比粘土膨润土+纯碱+降失水剂（cmc）+润滑剂=1：0.2%：0.5%：0.5%粉砂细砂膨润土+纯碱+正电胶+cmc+cms+润滑剂=1：0.2%：0.3%：0.4%：0.5%:0.5%中砂粗砂膨润土+纯碱+正电胶+cmc+cms+润滑剂=1：0.2%：0.4%：0.5%：0.5%:0.6%岩石膨润土+纯碱+正电胶+cmc+封堵剂+润滑剂=1:0.2%:0.5%:0.4%:0.5:0.6%4、废弃泥浆特点。
穿越地层地质不同，有砂土、黏土、岩层、污泥、卵石等，通过钻头的不断切削，钻屑内会含有少量的金属矿物质等复合物粉碎体，使用过的泥浆是一种低密度聚合物，有保水效果等特点。
具体见下表：表1-3废弃泥浆的组成 [4]水分（%）cod（mg/l）有机质（g/kg）粘土（%）§电位（mv）污泥比阻（s2/g）90～95 3000～8000 6～10 4～6 -30～-40 109～1010因废弃泥浆保水效果好，所以废弃泥浆自身水粉分离较差，不容易沉淀，拉运起来十分困难。
二、水平定向钻泥浆泄露原因及环保措施（一）冒浆。
当定向钻穿越的河床底部土壤属于松散的砂土、粉土和软土时，设计穿越曲线中河床部位与穿越深度选择不合适，穿越过程中泥浆压力大于上方土壤和水的浮重，穿越部位土层开裂产生泥浆溢出现象。
溢出泥浆量的多少与穿越孔径、压力成正比，与河床底部穿越深度成反比。
冒浆的原因有很多，中国地质大学研究生刘杰认为冒浆的主要原因是由于地层存在天然的缺陷—空隙和裂缝等。
1、冒浆现象对周围环境造成的影响。
冒浆现象一旦发生，大量的泥浆会给水源和土壤造成污染；因泥浆保水性能好若在农田区会造成土地无法耕种；如穿越部位在城市乡村等居民住宅区，会出现房内地面隆起、开裂，引起群众的不满等。
2、环境保护措施穿越中如果出现泥浆流量加大和泥浆压力减弱等情况可以判断为冒浆。
一般选择下列方法控制：（1）工艺上控制冒浆：选择调整钻进参数，控制钻进泥浆排量的方法。
泥浆的排量要依照地质情况进行控制。
控制好导向孔钻进过程中的泥浆排量是避免冒浆的关键。
（2）环境补救措施上控制冒浆：配备完善的泥浆循环和清洁处理回收系统，减少泥浆消耗量。
首先是开挖引流池，池内铺设防渗膜。
使用抽浆泵把废弃泥浆拉运走或运送到泥浆坑内进行回收利用处理。
（二）卡钻。
水平定向钻穿越岩石类、粘性等不利于钻进的地质层，由于钻杆承受的拉力和扭力超过承载限或因操作人员操作不当等施工原因造成钻杆无法进给或折断等。
卡钻易造成泥浆倒流溢出地面的现象。
1、卡钻现象造成的环境影响。
卡钻现象发生后现场会对钻杆采取打捞措施，打捞后会对钻具进行冲洗。
现场容易存在少量废弃泥浆溢出和冲洗后的工业废泥水、废钻屑。
2、环境保护措施。
如果出现卡钻现象，现场在采取打捞和冲洗钻具过程中一般选择以下方法控制泥浆：（1）在打捞钻具前，针对打捞点和泥浆溢出较多的部位开挖引流沟，将泥浆引流到指定的部位处理，废弃泥浆经过筛选和过滤后进行回收使用。
（2）加强现场环境保护教育，避免在野外河流中清洗钻具，清洗钻具选择在指定的操作设备及坑内清洗，使用环保型清洗方法，尽量避免使用水源清洗。
（三）机械设备故障。
施工过程中由于天气气候、工期问题、操作工人操作不当及设备老化等使得穿越使用的泥浆泵、泥浆池、泥浆搅拌器等泥浆设备出现异常，产生大量的废气泥浆和泥浆涂粉材料无法循环使用情况。
1、设备故障造成的环境影响。
穿越工程由于泥浆用量大，要求保证泥浆中钻屑含量保持在10%左右，从而保证施工安全。
当内部杂物超标，泥浆就不可循环利用。
为此容易出现工业废弃物占地，长时间的占地，对施工环境保护易造成负面影响，不利于生态保护。
2、环境保护措施。
定向钻穿越设备除泥浆使用设备外，钻机、钻具、扩孔器的灵敏有效也是影响泥浆使用量的主要因素之一，为此我们一般采取以下措施：（1）施工前对各种定向钻和泥浆设备、设施加强保养和维修，使之完好、灵敏、有效。
（2）加强环境保护教育，合理处理现场“三废”，发动操作工人对废弃泥浆及时拉运清理。
（四）孔内坍塌(塌孔)。
由于泥浆配比的浓度和粘度不够、穿越土层含沙量大、穿越孔径大等诸多问题造成穿越孔壁出现内部小面积土层剥落孔内，出现堵塞钻孔的现象。
1、塌孔对环境的影响。
塌孔能直接导致卡钻现象的发生，孔内坍塌增加钻屑，不利于钻进，需要增加洗孔次数。
同时塌孔也容易造成冒浆现象的发生，穿越孔径大，孔内大面积塌方出现冒顶，再加上土质疏松等诸多不利因素也会造成冒浆事件。
2、环境保护措施。
对待塌孔我们使用的环保措施以改进技术措施和泥浆配比等方法，具体措施有：（1）采取及时替入新泥浆的粘度提高护孔能力，防止塌孔卡钻；当出现钻屑床时，在泥浆中加入0.05—0.1%的泥浆结构剂。
坚持循环泥浆清扫孔眼。
（2）从钻导向孔、扩孔到回拖，有多个工序需耗用较多泥浆，如不回收将增加工程成本，造成环境污染，所以安装回收、处理泥浆系统减少泥浆总量是必要的，出土点的泥浆通过钻杆倒运到入土点进行处理再利用，同时要及时清收和控制跑冒的泥浆。
对于出土端的泥浆可通过钻杆使用高压污水泵回收使用。
（3）施工中要根据泥浆回返，冒顶情况和泵压变化等分析，判断并采取对应措施。
如严重冒顶可进行封堵处理，当钻屑过多导致扭矩增大，应停止钻进，先进行循环，排砂或采取其它措施，待正常后再恢复钻进。
（五）现场其他环境保护管理措施。
1、经常性开展环境检查工作，对入土点和出土点开挖专用的泥浆坑，并使用防渗隔膜与土壤隔离，周围设置警戒线，穿越完时对废弃泥浆及时清理。
2、对操作人员进行管理方面的培训，要求对泥浆配比使用的材料必须采取防渗措施，使用完毕后剩余材料必须拉运走。
3、现场存放泥浆等材料、泥浆设备等部位搭设防风防雨棚，避免在露天、大风天气添加泥浆土粉。
三、对水平定向钻泥浆处理的建议要控制泥浆大面积污染，还需要从根本上解决泥浆使用的问题：（一）提高施工技术方法，控制泥浆使用量和排量。
1、开钻用普通预水化泥浆，其后适当加入泥浆润滑剂减阻，在穿越过程中视泥浆量及性能及时调整。
2、通过严格控制穿越路径和设计参数，不断改进扩孔器，提高泥浆配比等降低卡钻和冒浆等次数，提高一次性穿越率。
3、施工中要根据泥浆回返，冒顶情况和泵压变化等分析，判断并采取对应措施。
4、减少清孔次数，清孔次数的增加会产生新的泥浆，从而增加泥浆排放量，为此提高泥浆粘稠度和提高护臂效率，根据钻进的扭力和拉力判断是否增加清孔等。
（二）泥浆材料选择、配比尽量选择天然环保型原料。
1、使用无害化原材料，选择的泥浆配比材料必须有厂家出厂检验合格证书，经有资质的部门认定是无害化材料方可使用。
2、泥浆配比过程中尽量使用纯天然植物添加剂，尽量减少使用工业化学成分的添加剂。
减少氧化物等矿物质成分对土壤的破坏。
（三）对废弃的泥浆的处理。
1、对于废弃泥浆直接拉运到泥浆处理公司，脱水后回填。
将废弃泥浆直接拉运到泥浆处理公司，进行自然脱水或添加化学成分进行脱水，成为固态泥浆后拉运到垃圾处理场地实施深埋。
2、引进新的泥浆回收、处理设备。
岩石地层穿越泥浆用量大，安装泥浆回收、处理系统来减少泥浆总量。
3、使用废弃泥浆固化深埋处理。
目前钻井泥浆固化有多种固化方式，它是根据不同类型和种类的钻井泥浆及其不同的化学成份，选取不同基础配方配制而成的一种复合处理方法。
这种方法处理工艺简单，便于现场操作，覆土后可以直接耕种。
四、结论1、由于定向钻穿越技术是一种高风险工程，废弃泥浆量将会因风险的提高而逐渐增加。
为此，定向钻穿越技术使用的泥浆材料，必须选择使用环保型材料，配比尽量以不伤害农作物为原则。
2、寻找泥浆肥效处理剂，将废弃物变为有利资源。
可以从管道建设中加强水土保持工作方面的深研究，将废弃泥浆进行有氧堆肥化处理，采用添加肥效处理剂，从而有效促进植物的生长，可用将处理后的废弃泥浆用来场站区内的绿化实验。
3、寻找安全地层和环形空间，运用就地固化深埋技术。
这种方法适用于远距离拉运处理，可以与当地政府配合，寻找使用无公害化处理等方法。
参考文献[1]张广伟,吕明纪.非开挖穿越施工的泥浆污染和处理方案.建筑机械化，2006年；第04期.[2]孙宏全,詹胜文,张洪洲.定向钻穿越冒浆分析及对策.石油工程建设，2007年；第33卷第2期.[3]刘杰.非开挖冒浆问题解析及防冒浆软件的开发.非开挖技术，2008年；第4期.[4]胥尙湘.国外钻井废泥浆处理技术发展动向.石油与天然气化工，1992年；第21卷第2期.[5]冀忠伦钻井废弃泥浆于土壤改良的应用探讨长庆油田工艺研究院。