ベントナイト泥は掘削プロジェクトの生命線であり、その品質がしばしば作業の成否を左右します。水平方向掘削（HDD）技術は当初、河川を横断するパイプライン敷設にのみ使用されていましたが、市場需要の高まりに伴い、その用途は大幅に拡大しました。ベントナイトは、水平方向掘削泥の主要なスラリー原料となっています。
しかし、水平方向掘削技術とベントナイト泥は、操業プロセスにおいて具体的にどのような役割を果たすのでしょうか？また、掘削プロセスで望ましい結果が得られるように、ベントナイト泥はどのように調整すればよいのでしょうか？
傾斜掘削技術と泥の機能
1. 傾斜掘削技術の原理
（１）掘削
掘削リグは、計画されたパイプラインルートの一端に固定されます。所定の角度に応じて、掘削ロッドが駆動され、ロッドが回転してドリルビットが前進します。位置決め装置の指示の下、ドリルは必要な深度と長さに沿って前進し、地中の障害物を通り抜けて反対側の端に到達します。
このプロセスでは、泥水ポンプを用いてベントナイト系の泥水またはセメントスラリーをドリルパイプとドリルビットを通して注入します。これにより、掘削孔の安定化、孔底の崩落防止、ドリルビットの冷却、そしてドリルパイプの潤滑が促進され、周囲の土層による締め付けや固着を防ぎます。
（２）バックリーミング
ドリルビットとパイプが地中から出てきたら、ドリルビットを取り外し、バックリーマーに交換します。パワーヘッドがドリルパイプとバックリーマーを逆方向に引っ張り、パイプラインを収容できるように掘削孔を拡大します。
（３）プルバック
バックリーミングでは、パイプラインはバックリーマーの後ろに取り付けられます。ドリルパイプとバックリーマーが引き戻されると、パイプラインは同時に拡張された掘削孔に引き込まれ、完全に敷設され、パイプライン敷設プロセスが完了します。
2. 泥の機能
（１）挿し木の吊り下げと運搬
これは掘削泥水の最も基本的な機能の一つです。掘削ビットやリーマーによって生成された切削片（岩石や土の粒子）を掘削孔から排出することで、掘削孔を清潔に保ち、引き戻し工程におけるパイプラインのスムーズな敷設を促進します。
（２）ボーリングホールの安定化
安定した均一な掘削孔壁の維持は、HDDの成功に不可欠です。また、迅速かつ高品質な掘削成果を得るための基本要件でもあります。
（３）潤滑
掘削泥は、初期のガイドホール掘削段階とパイプラインの引き戻し段階の両方で効果的な潤滑を提供します。この潤滑は特に硬岩層でのリーミング時に効果的で、リーマーの摩耗を軽減します。
（4）冷却
掘削およびリーミング作業中、ドリルビットとリーマーは岩盤や土壌を回転するため、かなりの熱を発生します。ドリルロッドも掘削孔壁との摩擦により熱を発生します。掘削泥水はこれらの部品を冷却し、寿命を延ばします。 サービス 人生。
（５）フォーメーション分析
地表に戻ってくる泥を分析することで、オペレーターは地下の岩相に関する洞察を得て、建設プロセスをタイムリーに調整することができます。
水平方向掘削泥水の特性と指標要件
1. 泥の特性
水平方向掘削（HDD）プロジェクトにおけるベントナイト泥の性能要件は、建設条件や地下環境によって異なります。そのため、現場での掘削泥の準備方法や配合もそれに応じて異なります。
ただし、mud の基本的な機能に基づくと、HDD 操作には通常、次の一般的な特性が必要です。
（1）粘度
粘度とは、流体の流動抵抗を指します。適切な粘度は、掘削孔内で泥水を効果的に循環させることを可能にします。粘度が高すぎると、掘削時の抵抗が増加し、施工効率が低下します。一方、粘度が低すぎると、掘削屑を掘削孔から排出できなくなります。最適な粘度は、現場の地質条件に応じて調整する必要があります。
（2）ゲル強度
ゲル強度はベントナイト泥の重要な特性です。これは、泥が時間の経過とともにゲル構造を形成し、掘削孔内の掘削土を浮遊させる能力を指します。
掘削屑が適切に懸濁されていない場合、掘削孔の底に沈降し、循環を阻害する可能性があります。その結果、坑内圧力の上昇、地層の破砕、地表からの溢水、埋設ドリルパイプの破損、さらには掘削工具の紛失につながる可能性があります。
（3）流動性
HDD泥は、長期間にわたり良好な流動性を維持する必要があります。保管中または循環停止中に粘度が過度に上昇してはなりません。泥がゼリー状になると、掘削孔壁の支持や圧力バランスの維持に効果が失われる可能性があります。
（4）低濾過損失
HDD泥には、低い濾過損失が不可欠です。流体損失の低い泥は、掘削孔壁に薄く耐久性のある濾過ケーキを形成し、壁の崩壊リスクを低減します。また、地層による過剰な水分吸収を防ぎ、膨潤、収縮、不安定化を防ぎます。
（５）チキソトロピー
チキソトロピー性とは、泥が撹拌されると粘度が低下し、静止すると再び粘度が回復する性質を指します。泥の循環が停止すると、チキソトロピー性により、泥は速やかに十分なゲル強度を取り戻し、切削片を懸濁させることができます。
同時に、循環が再開された際には、ポンプに過負荷をかけることなく、泥水がスムーズに流れる必要があります。優れたチキソトロピー性を持つ泥水は、ポンプへの負荷を軽減し、効率的な混合と輸送を促進します。
2. 異なる地層における泥指数要件
地質構造の違いにより、掘削泥水に対する要求は異なります。典型的な地層に基づく性能要件は以下の通りです。
建設中の異なる地層における泥の性能要件
| アイテム | 粘土層 | 細砂層 | 粗砂層 |
| 密度（g/mL） | 1.05～1.07 | 1.05～1.07 | 1.07～1.10 |
| マーシュファンネル粘度（秒） | 35～40歳 | 45～65歳 | 60～70歳 |
| 体液損失（mL） | 14～15歳 | 12～13 | 10～11 |
| 泥ケーキの厚さ（mm） | 1.0～1.2 | 1.3～1.5 | 1.5～2.0 |
| ゲル強度（Pa） | 0～2 / 2～6 | 2～4 / 4～8 | 2～6 / 6～10 |
| 降伏点/塑性粘度比（Pa/（mPa·s）） | <1.0 | <1.0 | <1.0 |
| 砂含有量（%） | <3 | <3 | <3 |
| pH値 | 8.5～9 | 8.5～9 | 8.5～9 |
（1）粘土層
粘土層は、多くの場合、沖積砂、シルト、シルト質土から構成されます。一般的な例としては、黄色泥岩や褐色泥岩が挙げられます。
これらの地層は比較的硬く、吸水性に優れています。良好な掘削性と多孔性を備えており、工具の回転、押し込み、掘削を効率的に行うことができます。粘土層は一般的に安定しており、掘削が最も容易であると考えられています。
（２）細砂層
細砂層は、粘土またはシルトと大量の黄砂、そして小石や砂利を混合したものです。これらの層は中程度の多孔性を有しており、崩壊、スラリーの流出、吸水性に優れています。パイロットドリリングやリーミングの際には、これらの層が容易に陥没する可能性があるため、慎重な泥水管理が必要となります。
（３）粗砂層
粗砂層には通常、多量の黄砂、水分含有量の高い流砂、そして砂利が含まれます。これらの層は比較的稀で、多孔性が非常に低く、極めて不安定です。深刻な掘削孔の崩壊、スラリーの漏洩、そして機器の挟み込みが発生しやすい傾向があります。これらの層での掘削は遅く、材料の摩耗性により機器の摩耗が著しくなります。
泥用ベントナイトの特性
ベントナイトは、モンモリロナイトを主成分とする粘土の一種です。モンモリロナイトは、層間交換性陽イオンの種類と含有量に応じて、ナトリウム系ベントナイトとカルシウム系ベントナイトに分類されます。
水平方向掘削泥水に使用されるベントナイトには、次のような特性があります。
1. ナトリウム系ベントナイト
HDD用途では、ナトリウム系ベントナイトが主に使用されています。吸水性、膨潤率、スラリー収率に優れています。水に分散すると、良好な粘度、チキソトロピー性、潤滑性を備えたゲルを形成します。
アメリカの企業は一般的に、米国ワイオミング州産の天然ナトリウム系ベントナイトを使用しています。一方、中国では人工ナトリウム系ベントナイトが一般的に使用されています。
2. モンモリロナイト含有量が高い
ベントナイトの物理的・化学的特性は、含まれるモンモリロナイトの種類と含有量に大きく依存します。モンモリロナイト含有量が多いほど、スラリー収率は高くなります。ワイオミング州産の天然ナトリウム系ベントナイトには、最大85%以上のモンモリロナイトが含まれています。高品質の国内産スラリーグレードベントナイトには、通常80%以上のモンモリロナイトが含まれています。
3. 砂含有量が少ない
掘削泥水に使用されるベントナイトは、スラリーの品質を確保し、掘削装置の摩耗を防ぐために、砂含有量が 3% 未満である必要があります。
4. 高いゲル強度
ベントナイトは高いゲル強度を有し、大型の掘削カッティングスを懸濁させることができます。掘削孔内で泥水が静止している状態では、固形のカッティングスを懸濁状態に保つために十分なゲル強度を維持する必要があります。また、掘削カッティングスは、堆積を防ぐために除去中も懸濁状態を維持する必要があります。堆積すると循環が阻害され、圧力上昇、地層の破砕、地表からの溢水、さらには埋設工具の流出や掘削失敗につながる可能性があります。
5. 水への適応性が良い
建設現場は水質が変化する遠隔地にあることが多いです。
スラリーの調製に使用する水には、カルシウムイオンやマグネシウムイオンが高濃度に含まれている場合や、酸性である場合があります。品質の悪いベントナイトは、そのような水と混合すると凝集・分離し、粘度が著しく低下して使用できなくなる可能性があります。優れたベントナイトスラリーは、これらの影響に耐え、さまざまな水質条件下でも安定性を維持する必要があります。
結論
適切なベントナイトを選択することは、水平方向掘削の成功に不可欠です。 プロジェクト優れた膨潤性、低砂含有量、そして強力なゲル強度を備えた高品質のナトリウム系ベントナイトは、厳しい水質条件下においても、安定したボーリング孔、効率的な掘削屑除去、そして信頼性の高い掘削性能を実現します。実績のある性能特性を持つベントナイトを使用することで、運用リスクの低減、建設効率の向上、そしてより良いプロジェクト成果の達成が可能になります。軟弱な粘土層でも複雑な砂層でも、適切なベントナイト泥が大きな違いを生み出します。
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