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

【 abstract 】 horizontal direction drill is pipeline construction through the excavation of a construction method, in towns, the special field regional often use, direction drill in construction of the mud is inevitable product, abandoned mud has a difficult control, reveal the randomness of the water pollution, covers an area of time, long, etc, adverse effects to the environment. as the society progresses, more and more people will gradually for the mud source familiar with cognitive and, for this control to reduce consumption, mud emissions, adopt scientific mud recycling disposal measures will be directional drilling environmental protection work in construction of the key.

【 keywords 】 directional drilling; the mud; leak; processing

中图分类号：tu74 文献标识码：a文章编号：

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、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。

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

2.1穿越路径和设计参数

（1）设计人员应根据不同的地质情况，正确选择合适的穿越位置，只有选择合适的穿越位置和穿越地层，才能确保穿越的成功。定向钻穿越应尽量避开不良的地质场地，如：松散的砂土、粉土和软土等对定向钻不利的场地。

（2）选择合适的设计参数，确定适宜的人出土角、曲率半径和埋深。设计人员应当根据地质情况和钻机设备的能力以及场地要求，选择尽量大的入出土角和曲率半径，使穿越曲线尽快地到达稳定地层。

因为冒浆是泥浆的压力大于其上的水的自重和土壤的自重（地下水位以下的土应取浮重度）之和，而水的自重和土壤的自重与深度成正比，所以定向钻曲线布置的深度必须满足水的自重和土壤的自重之和大于泥浆压力的要求，使上覆地层具备足够的压力。

为了防止穿越堤坝时冒浆，在场地允许的条件下，设计人员应该将穿越曲线的水平段适当延长，将曲线的变坡点设计到大堤以外，保证大堤下管道的埋深，同时也增加了土地对泥浆的自重压力。当然，这样会造成穿越段的增长，整个工程费用增加。

2.2扩孔器和钻进速度

某河流地质情况为黏土，钻进导向孔、扩孔、回拖时的泥浆压力基本相同，均在0.8~1.0mpa。钻进导向孔和回拖时没有冒浆，但在扩孔时发生冒浆问题，经分析认为扩孔时的泥浆压力可能不止1.0mpa,造成冒浆的原因是孔洞中出现憋压和人为增压所致。

（1）孔洞中出现憋压的原因是扩孔器选择不当。常见的扩孔器和适用条件如下：

刀式扩孔器，适用于黏土、粉质黏土和一些塑性较好的土层。

桶式扩孔器，适用于淤泥质黏土和塑性差的土层。

憋压情况的出现是因为在粉质黏土层中使用了桶式扩孔器扩孔。桶式扩孔器为圆筒锥状，扩孔时与孔壁完全接触，且自身又是完全封闭的桶状，没有泥浆循环的通道，所以如果孔壁周围的土质是塑性较好且密实的黏土，会造成泥浆循环不畅通，局部升压，在一些土体不密实的地方就会形成冒浆。

（2）人为增压。泥浆压力与钻具的扭矩成反比，与钻进速度成正比，泥浆压力愈大，钻具的扭矩越小，相应的钻进速度越快。如果为了加快进度而在扩孔不断增大泥浆的压力，就会造成冒浆。所以不能盲目地为了施工进度而忽视了冒浆带来的经损失和环境破坏，要将泥浆压力、钻具扭矩、速度调整到一个最佳状态。

2.3泥浆配比

泥浆是定向钻穿越必备的润滑剂，合理选择泥浆配经，可以保证孔壁不塌方，保持泥浆的饱和度、减小摩擦。在满足定向钻施工要求的前提下，泥浆越稠，泥浆颗粒与颗粒之间就不会有足够多的自由水，此时的泥浆实际上是一种可塑和流动状态的混合体，冒浆时，该混合体从定向钻孔上面的土体的颗粒间隙中通过，如果泥浆比较稠，它通过上面土体的颗粒间隙时就会受到阻碍和约束，从而可以起到阻止冒浆的作用。

通常根据地质情况，考虑护壁要求，确定泥浆中膨润土和各种添加剂的用量，但同时还应根据不同地质条件与孔中操作压力，综合确定泥浆配比成分，避免施工过程中的冒浆。一般应做到保证足够的泥浆排量，使泥浆返回通道畅通，但也不能盲目提高压力，以免增加冒浆的危险性；同时提高泥浆黏度，保证足够的支撑力，避免造成塌孔。

2.4薄弱部位的穿越

冒浆现象基本上都是发生在出入土端管道埋深较浅和一些地质局部软弱的位置。如果把比较薄弱的部位通过地基处理的方式进行加强，冒浆现象也能得到有效控制。

对于易造成冒浆或有潜在冒浆危险的地质，可以采用在入出土下方套管的方式，解决两边入出土段冒浆问题。