在砂层地质钻孔施工中,孔壁坍塌和泥浆漏失是常见难题。由于砂砾松散、抗剪强度低,传统泥浆难以稳定孔壁,易导致沉渣超标甚到断桩。聚丙烯酰胺(PAM)因其独特的絮凝性、触变性和护壁能力,成为解决这一问题的高.效材料。
聚丙烯酰胺的核心优势在于其选择性絮凝作用。砂层钻进时产生的岩屑和劣质粘土分散性强、颗粒间斥力小,而优.质粘土因水化膜稳定难以絮凝。PAM能精准吸附岩屑和劣质颗粒,形成大絮团并沉降,同时避免优.质粘土流失。这一特性既清.除了钻渣,又维持了泥浆的低固相特性,减少了对孔壁的冲刷风险。实验表明,在含卵石砂砾地层中,PAM可使泥浆含砂量减少60%以上,显著提高携渣效率。
PAM泥浆的触变性进一步强化了防塌效.果。在钻头高速旋转区域,泥浆粘度急剧下降,减少钻头阻力,提高钻进速度(实测可提高17%);而在静止或低速区,粘度迅速恢复,形成高黏度屏障包裹岩屑,防止其下沉堆积。这种动态调整能力使泥浆既能高.效排渣,又能在孔壁形成致密泥皮。
针对砂层松散特性,PAM通过氢键吸附和“桥联”作用将分散的砂砾聚结成团,形成抗剪强度更高的结构。泥皮形成后,PAM分子进一步拉拢颗粒,使泥皮致密化,有效阻隔渗水通道。这一机制在多砂砾层钻孔中表现突出,可将孔壁坍塌率减少80%以上。
PAM泥浆固相含量低、液柱压力小,天然具备防漏优势。若发生漏失,其触变性可维持层流状态,减缓渗透速度;遇强透水层时,添加锯末或水泥可快速形成凝胶体封堵缝隙。某应用案例显示,PAM凝胶对裂缝的封堵效率达95%,显著优于普通膨润土泥浆。
PAM无.毒、可生物降解,pH值稳定在8左右,对环境影响极小。其用量更少,而且重复利用超过60%的膨润土,综合成本减少30%。在声波透射法检.测中,使用PAM泥浆的桩基全部达到Ⅰ类标准,桩底沉渣趋近于零,验证了其可靠性。
聚丙烯酰胺通过絮凝、触变和桥联三重机制,实现了砂层钻进中岩屑高.效清.除、孔壁动态加固与渗漏协同控制。随着材料配比优化,其在复杂地层中的应用前景将更加广阔。
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