一种用钻井废弃泥浆配制的地面预注浆材料

摘要

本发明公开了一种用钻井废弃泥浆配制的地面预注浆材料。该地面预注浆材料由以钻井废弃泥浆配制的地面预注浆浆液和氯化钙溶液组成；所述的地面预注浆浆液由钻井废弃泥浆、水泥和结构添加剂组成，1体积地面预注浆浆液中结构添加剂占1％～3％(体积百分比)体积，水泥的浓度为0.1～0.2g/mL，余量为钻井泥浆；地面预注浆浆液与氯化钙溶液的体积比为1000∶(5～17)。该地面预注浆材料减少废弃泥浆的排放，减少注浆时粘土浆的造浆量。

说明书

技术领域：

本发明涉及煤矿领域中所用的一种地面预注浆材料，尤其是一种用钻井废弃泥浆配制的地面预注浆材料。

背景技术：

粘土水泥注浆技术因成本低廉、施工效率高、堵水效果好等特点，已在我国煤矿立井井筒建设中得到了普遍应用。目前我国已有八十多个井筒采用了粘土水泥注浆技术，作为主要组分的粘土浆，其注入量也已高达1000000m³左右。我国矿井井筒的建设正朝着千米深井的方向发展，需要大量的粘土浆注浆材料，这就会进一步破坏珍贵的土地资源；而在粘土资源较少的区域，粘土水泥注浆技术的应用也受到了限制。

钻井法是在深厚表土中开凿立井井筒可靠的施工技术，我国已经实现600m深厚冲积层的钻井法施工，但该工法产生大量的废弃泥浆，泥浆的处理和排放问题突出，已成为钻井法凿井发展的一大制约因素。目前国内外对钻井废弃泥浆的治理一般是先进行固结处理，然后考虑综合利用，但尚处于试验阶段，不具备大规模工业化综合利用的条件；也未开发出专门针对钻井废弃泥浆的固结材料，泥浆固化处理使用的都是针对粘土、工业污泥的固材，固化效果不理想。我国对废弃泥浆的处理方法主要是直接排放，排放时间长(通常需要几年甚至几十年)，占地面积大，环境污染问题严重。

可以看出，作为特殊凿井技术的注浆法和钻井法，一方面是注浆法技术需要大量的粘土浆，另一方面是钻井法技术产生大量的废弃泥浆却难以处理。从经济和环保角度看，对废弃泥浆的综合利用是废弃泥浆有效治理的合适途径。因此，对钻井废弃泥浆进行处理和改性，研究将其作为注浆材料加以利用，是治理钻井废弃泥浆的一条新途径，具有显著的经济效益，同时环保意义深远。

发明内容：

本发明的目的是以钻井废弃泥浆替代粘土浆作为注浆材料，减少废弃泥浆的排放，减少注浆时粘土浆的造浆量。

本发明所采用的技术方案是：该地面预注浆材料由以钻井废弃泥浆配制的地面预注浆浆液和氯化钙溶液组成；所述的地面预注浆浆液由钻井废弃泥浆、水泥和结构添加剂组成，1体积地面预注浆浆液中结构添加剂占1％～3％(体积百分比)体积，水泥的浓度为0.1～0.2g/mL，余量为钻井泥浆；地面预注浆浆液与氯化钙溶液的体积比为1000∶(5～17)。

上述的结构添加剂为水玻璃；氯化钙溶液的浓度为0.3～0.6g/mL。

本发明具有如下有益效果：本发明利用钻井废弃泥浆代替粘土浆配制注浆材料，减少钻井废弃泥浆的排放，缓解目前钻井泥浆排放的巨大压力，同时又能够减少注浆时粘土浆的造浆量。利用钻井废弃泥浆配制的注浆浆液，通过氯化钙的降粘作用，浆液满足注浆泵送要求，并且浆体的强度也满足注浆要求。

附图说明：

图1是实施例1加入氯化钙后浆体的塑性强度增长趋势图；

图2是实施例2加入氯化钙后浆体的塑性强度增长趋势图；

图3是实施例3加入氯化钙后浆体的塑性强度增长趋势图。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：钻井泥浆取自淮南张北煤矿西风井，稀释比重1.16，漏斗粘度18.91s。在25℃试验条件下，在水泥胶砂搅拌机的搅拌锅中加入钻井废弃泥浆，选择低速转速并开启搅拌锅，加入氯化钙溶液，搅拌1min后，加入水泥搅拌3min，再加入结构添加剂，低速搅拌1min后，利用漏斗粘度计测定配制浆液的粘度。在浆液的配制过程中，搅拌机一直处于低速转速搅拌状态。考虑到氯化钙溶液的稀释作用，以同量的水做对比试验。根据《煤矿注浆技术》注浆材料的性能及常用的测试方法，测定浆液的漏斗粘度。试验配比及测定结果见表1，可以看出氯化钙的降粘作用明显优于同等水量的稀释降粘作用；氯化钙加入后，能够使浆液的粘度从滴流降低为七十多秒。

氯化钙降低粘度测定表                    表1

在实施例1中，还测定了加入氯化钙后浆体24h的塑性强度增长情况。测定方法及计算公式如下：利用水泥凝结时间测定仪，以试锥取代试针，测定试锥的锥入深度，计算塑性强度。计算为公式

式中：τ——塑性强度，kPa；

G——作用在试块上的力，大小为2.6N；

α——为试锥的夹角，大小为30°；

h——测试深度，mm；

π——为圆周率常数，此处取3.14。

在本实施例中，浆体的塑性强度增长趋势如图1所示。

加入氯化钙之后，浆体的塑性强度达到50KPa的龄期：编号1和编号2在14h-16h，编号3在24h左右，能够满足堵水的要求。所以，通过氯化钙的降粘作用，上述钻井废弃泥浆可以用于地面预注浆。

实施例2：按照实施例1的实验方法，以淮北袁店二矿主井的钻井泥浆进行实验。钻井泥浆的比重稀释为1.21，测得漏斗粘度为19.44s。粘度测定见表2，浆体24h塑性强度增长趋势图2所示。

氯化钙降低粘度测定表                表2

用淮北袁店二矿主井的钻井泥浆配制的浆液，加入氯化钙之后，浆体的塑性强度在18h-22h就可达到50KPa，能够满足堵水要求。通过氯化钙的降粘作用，用该钻井废弃泥浆配制的注浆材料满足地面预注浆要求。

实施例3：仍然按照实施例1的实验方法，以皖北朱集西矿矸石井的钻井泥浆进行实验。钻井泥浆的比重稀释为1.13，测得漏斗粘度为22.13s。粘度测定见表3，浆体24h塑性强度增长趋势图3所示。

氯化钙降低粘度测定表                表3

用皖北朱集西矿矸石井的钻井泥浆配制的浆液，加入氯化钙之后，浆体的塑性强度在14h、18h及22h分别可达到50KPa，能够满足堵水要求。通过氯化钙的降粘作用，用该钻井废弃泥浆配制的注浆材料满足地面预注浆要求。

上述实施例中，水泥胶砂搅拌机为JJ-5型，其低速搅拌转速为：自转：62±5转/分，公转：140±5转/分；水泥为P.O 32.5水普通硅酸盐水泥；结构添加剂为38Be′、模数3.0的水玻璃；钻井泥浆及其处理剂见表4。

钻井泥浆概况                          表4

  实施例  钻井泥浆来源  主要泥浆处理剂  实施例1  张北矿西风井  0.4‰三聚磷酸钠；0.6‰钠羧甲基纤维素.  实施例2  袁店二矿主井  0.5‰三聚磷酸钠；0.5‰钠羧甲基纤维素.  实施例3  朱集西矸石井  1‰三聚磷酸钠。

工程应用例：淮北矿业(集团)有限责任公司袁店二矿主井，井筒深度600.5m，净直径5m。在后期注浆时，该井筒利用自身的钻井废弃泥浆配制注浆材料，在395m～610.5m段(注浆段长215.5m)，其6个S孔均利用钻井废弃泥浆配制的注浆材料进行注浆，共计注入7606m³。注浆时，根据注前压水试验情况，调整浆液的粘度以适应不同地层的注浆要求，如压水试验注浆压力较高、压力上升较快时，需要提高氯化钙的用量，以降低浆液的粘度。该井筒掘进后，经测定注浆段井筒剩余涌水量为3m³/h，证明了堵水效果良好。