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定向穿越中冒泥浆的原因,如何处理?

作者: 发布时间:2018-01-16 浏览次数:3379
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  1.水平定向钻泥浆泄露的原因及环保措施


  1.1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。


  1.2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,选择正确、合适的穿越位置,只有这样,才能确保成功穿越。定向穿越应尽量避开不良的地质场地,如: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,确定适宜的出入土角、曲率半径和埋深。设计人员应当根据穿越现场的地质情况、定向钻机的工作能力以及场地要求,选择适当的出入土角和曲率半径。


  3)冒浆的原因是定向钻孔洞中的泥浆压力大于其上的水和土壤的自重之和,而水和土壤的自重与定向钻孔洞的深度成正比,所以定向钻曲线布置的深度必须满足水和土壤的自重之和大于定向钻孔洞中泥浆压力的要求,使其上覆地层具备足够的压力,防止的泥浆的跑冒。


  4)为了防止穿越堤坝时冒浆,在各方面条件允许的前提下,应该将穿越曲线的水平段适当延长,将弧线与直管段的下切点设计到大堤以外,保证大堤下管道的深度能有足够的埋深,同时也增加了土地和地下水对泥浆的压力。当然,这样设计势必造成穿越段长度增加,从而增加了整个工程的投资。


  2.2扩孔器和钻进速度


  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。


  憋压情况的出现通常是因为在塑性较好且密实的土层中使用了桶式扩孔器的缘故。桶式扩孔器为圆筒锥状,扩孔时扩孔器与孔壁完全接触,而且它又是密闭的筒状,从而造成泥浆循环不畅,在一些土层不够密实的地方就会形成冒浆。


  泥浆压力与钻进速度成正比,而与钻具的扭矩成反比,泥浆压力愈大,相应的钻进速度越快,钻具的扭矩越小。所以在施工中不能盲目地为了进度而忽视了冒浆带来的环境破坏和经济损失,要将泥浆压力、钻具扭矩、钻进速度调整到一个***佳的、***合适的状态。


  2.3泥浆配比


  泥浆是定向钻穿越必备的润滑剂,合理选择泥浆配比,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:


  1)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)薄弱部位的穿越时,冒浆现象基本上都是发生在一些地质局部软弱和出入土端管道埋深较浅的位置。如果把地质局部软弱的部位通过地基处理等方式进行加固,冒浆现象也能得到有效控制。也可以采用在出入土下方套管的方式解决易造成冒浆或有潜在冒浆危险的地质。


  3)在穿越段的地面下,可以设法降低地下水位、减少浮力、提高定向钻穿越管位处土壤的自重等方法。而在地面上的主要措施是在穿越管道的薄弱部位堆载重物,但是堆载的重物必须均匀,覆盖所有薄弱部位和冒浆及有冒浆风险的部位。


  3.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:


  3.1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。


  3.2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。


  3.3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。


  4.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。


  根据顶管的方式不同,顶管施工可分为掘进式顶管法和挤压式顶管法。掘进顶管法按掘土方式又分为人工掘进顶管和机械挖掘顶管;挤压式顶管法又分不出土挤压顶管和出土挤压顶管两种。洛阳典牛市政工程有限公司主要从事顶管机系列产品的研发、施工、维修,是中国***大的非开挖,顶管施工企业之一。公司由多名从九十年代开始***设计、施工顶管掘进设备的工程技术人员组成。拥有掘进机设计领域的核心技术和丰富的施工经验,我们不仅设计、施工,还积极参与顶管施工指导、顶管技术培训、顶管施工方案论证。


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