벤토나이트 머드는 시추 프로젝트의 생명선이며, 그 품질은 시추 작업의 성패를 좌우하는 경우가 많습니다. 수평 방향 시추(HDD) 기술은 처음에는 강을 가로지르는 파이프라인 부설에만 사용되었지만, 시장 수요 증가에 따라 그 적용 범위가 크게 확대되었습니다. 벤토나이트는 수평 방향 시추 머드의 주요 슬러리 재료로 자리 잡았습니다.
그렇다면 수평 방향 시추 기술과 벤토나이트 머드는 작업 과정에서 구체적으로 어떤 역할을 할까요? 그리고 시추 과정에서 원하는 결과를 얻으려면 벤토나이트 머드를 어떻게 조절해야 할까요?
방향성 시추 기술과 진흙의 기능
1. 방향성 드릴링 기술의 원리
(1) 드릴링
시추 장비는 계획된 파이프라인 경로의 한쪽 끝에 고정되어 있습니다. 장비는 미리 정해진 각도에 따라 시추봉을 구동하고, 시추봉은 회전하면서 시추 비트를 전진시킵니다. 위치 결정 장비의 안내에 따라 시추는 필요한 깊이와 길이에 따라 진행하며, 지하 장애물을 통과하여 반대편 끝에 도달합니다.
이 과정에서는 진흙 펌프를 사용하여 벤토나이트 기반 진흙이나 시멘트 슬러리를 드릴 파이프와 드릴 비트를 통해 주입합니다. 이는 시추공을 안정화하고, 붕괴를 방지하며, 드릴 비트를 냉각하고, 드릴 파이프를 윤활하여 주변 토양층에 끼거나 고착되는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.
(2) 백리밍
드릴 비트와 파이프가 지면에서 나오면 드릴 비트를 제거하고 백리머로 교체합니다. 그런 다음 파워 헤드가 드릴 파이프와 백리머를 역방향으로 당겨 파이프라인을 설치할 수 있도록 시추공을 확장합니다.
(3) 풀백
백리밍 작업 시, 파이프라인은 백리머 뒤에 부착됩니다. 드릴 파이프와 백리머가 뒤로 당겨지면서 동시에 파이프라인이 확장된 시추공으로 끌려 들어가 완전히 설치됩니다. 이로써 파이프라인 매설 공정이 완료됩니다.
2. 진흙의 기능
(1) 절단물의 매달기 및 운반
이는 드릴링 머드의 가장 기본적인 기능 중 하나입니다. 드릴 비트나 리머에서 생성된 암석이나 토양 입자를 시추공 밖으로 운반하여 시추공을 깨끗하게 유지하고 풀백(pullback) 과정에서 파이프라인 설치를 원활하게 합니다.
(2) 시추공 안정화
안정적이고 균일한 시추공 벽을 유지하는 것은 HDD(하드 디스크 드라이브)의 성공에 필수적입니다. 또한 빠르고 고품질의 시추 결과를 얻기 위한 기본 요건이기도 합니다.
(3) 윤활
드릴링 머드는 초기 가이드 홀 드릴링과 파이프라인 풀백 단계 모두에서 효과적인 윤활을 제공합니다. 이 윤활은 특히 단단한 암반층에서 리밍할 때 리머 마모를 줄이는 데 효과적입니다.
(4) 냉각
드릴링과 리밍 작업 시, 드릴 비트와 리머는 암석이나 토양을 회전하면서 상당한 열을 발생시킵니다. 드릴 로드 또한 시추공 벽과의 마찰로 인해 열을 발생시킵니다. 드릴링 머드는 이러한 부품들을 냉각시켜 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다. 서비스 삶.
(5) 형성 분석
표면으로 돌아오는 진흙을 분석함으로써, 운영자는 지하 암석에 대한 통찰력을 얻고 건설 과정을 시기적절하게 조정할 수 있습니다.
수평방향 굴착머드의 특성 및 지수 요구 사항
1. 진흙의 특성
수평 방향성 시추(HDD) 프로젝트에서 벤토나이트 머드의 성능 요건은 시공 조건 및 지하 환경에 따라 달라집니다. 따라서 현장 시추 머드 준비 방법 및 배합 또한 그에 따라 달라질 수 있습니다.
그러나 머드의 기본 기능을 기준으로 볼 때, HDD 작동에는 일반적으로 다음과 같은 일반적인 특성이 필요합니다.
(1) 점도
점도는 유체의 흐름 저항을 나타냅니다. 적절한 점도는 시추공 내 진흙의 효과적인 순환을 보장합니다. 점도가 너무 높으면 시추 중 저항이 증가하여 시공 효율이 저하됩니다. 점도가 너무 낮으면 시추공에서 시추 절삭물을 배출하지 못합니다. 이상적인 점도는 현장 지질 조건에 따라 조정해야 합니다.
(2) 겔 강도
겔 강도는 벤토나이트 진흙의 중요한 특성입니다. 이는 진흙이 시간이 지남에 따라 겔 구조를 형성하여 시추공 내 암석을 고정하는 능력을 의미합니다.
절삭물이 제대로 매달리지 않으면 시추공 바닥에 가라앉아 순환을 방해할 수 있습니다. 이로 인해 시추공 압력 증가, 지층 파쇄, 지표면 유출, 시추관 매설, 심지어 공구 유실까지 발생할 수 있습니다.
(3) 유동성
HDD 진흙은 시간이 지나도 양호한 유동성을 유지해야 합니다. 저장 또는 순환 정지 시간 동안 점도가 과도하게 증가해서는 안 됩니다. 젤리처럼 변한 진흙은 시추공 벽을 지지하고 압력 균형을 유지하는 데 있어 효과를 잃을 수 있습니다.
(4) 낮은 여과 손실
HDD 진흙은 여과 손실이 적어야 합니다. 유체 손실이 적은 진흙은 시추공 벽에 얇고 내구성 있는 필터 케이크를 형성하여 벽 붕괴 위험을 줄입니다. 또한, 과도한 수분 흡수로 인해 팽창, 수축 또는 불안정성이 발생하는 것을 방지합니다.
(5) 틱소트로피
틱소트로피(thixotropy)는 진흙이 교반 시 점성이 낮아지고 정지 시 점성을 회복하는 능력을 말합니다. 진흙 순환이 중단되면 틱소트로피 특성으로 인해 삽목을 매달기에 충분한 겔 강도를 빠르게 회복합니다.
동시에, 순환이 재개되면 진흙은 펌프에 과부하를 주지 않고 원활하게 흘러야 합니다. 틱소트로피성이 좋은 진흙은 펌프의 응력을 줄이고 효율적인 혼합 및 이송을 지원합니다.
2. 다양한 지층에 대한 진흙 지수 요구 사항
지질 구조에 따라 굴착 이수에 대한 요구 조건이 다릅니다. 일반적인 지층에 따른 성능 요건은 다음과 같습니다.
건설 중 다양한 지층에 대한 진흙 성능 요구 사항
| 목 | 점토층 | 고운 모래층 | 거친 모래층 |
| 밀도(g/mL) | 1.05–1.07 | 1.05–1.07 | 1.07–1.10 |
| 마시 퍼널 점도(s) | 35~40세 | 45–65 | 60~70세 |
| 체액 손실(mL) | 14–15 | 12–13 | 10–11 |
| 머드 케이크 두께(mm) | 1.0–1.2 | 1.3~1.5 | 1.5~2.0 |
| 겔 강도(Pa) | 0–2 / 2–6 | 2–4 / 4–8 | 2–6 / 6–10 |
| 항복점/플라스틱 점도 비율(Pa/(mPa·s)) | <1.0 | <1.0 | <1.0 |
| 모래 함량(%) | <3 | <3 | <3 |
| pH 값 | 8.5–9 | 8.5–9 | 8.5–9 |
(1) 점토층
점토층은 종종 충적모래, 실트, 그리고 실트질 토양으로 구성됩니다. 일반적인 예로는 황이암과 갈색 이암이 있습니다.
이러한 지층은 비교적 단단하고 흡수성이 높습니다. 굴착성과 다공성이 우수하여 공구 회전, 밀기, 굴착 작업이 효과적입니다. 점토층은 일반적으로 안정적이며 굴착이 가장 쉬운 층으로 간주됩니다.
(2) 미세모래층
고운 모래층은 점토나 실트에 다량의 황사, 그리고 자갈이나 자갈이 섞여 있습니다. 이러한 지층은 공극률이 적당하며, 붕괴, 슬러리 손실, 그리고 수분 흡수가 발생하기 쉽습니다. 시추 및 리밍 작업 시 이러한 지층은 쉽게 무너질 수 있으므로, 진흙 관리에 세심한 주의가 필요합니다.
(3) 거친 모래층
굵은 모래층은 일반적으로 다량의 황사, 수분 함량이 높은 유사(quicksand), 그리고 자갈을 포함합니다. 이러한 지층은 비교적 드물며, 공극률이 매우 낮고 매우 불안정합니다. 심각한 시추공 붕괴, 슬러리 누출, 그리고 장비 고착 현상이 발생하기 쉽습니다. 이러한 층에서의 시추는 속도가 느리고, 재료의 연마성으로 인해 장비 마모가 심각합니다.
진흙에 대한 벤토나이트의 특성
벤토나이트는 몬모릴로나이트를 주성분으로 하는 점토의 한 종류입니다. 몬모릴로나이트는 층간 교환성 양이온의 종류와 함량에 따라 일반적으로 나트륨 기반 벤토나이트와 칼슘 기반 벤토나이트로 분류됩니다.
수평방향 굴착 진흙에 사용되는 벤토나이트는 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다.
1. 나트륨 기반 벤토나이트
나트륨 기반 벤토나이트는 HDD 분야에 주로 사용되는 유형입니다. 높은 수분 흡수율, 높은 팽윤율, 그리고 높은 슬러리 수율을 특징으로 합니다. 물에 분산되면 점도, 요변성, 그리고 윤활성이 우수한 겔을 형성합니다.
미국 기업들은 일반적으로 미국 와이오밍주산 천연 나트륨 기반 벤토나이트를 사용합니다. 반면, 중국에서는 인공 나트륨 기반 벤토나이트가 더 많이 사용됩니다.
2. 높은 몬모릴로나이트 함량
벤토나이트의 물리적 및 화학적 특성은 함유된 몬모릴로나이트의 종류와 함량에 따라 크게 달라집니다. 몬모릴로나이트 함량이 높을수록 슬러리 수율이 높아집니다. 와이오밍산 천연 나트륨 기반 벤토나이트는 최대 85% 이상의 몬모릴로나이트를 함유하고 있습니다. 고품질 국내산 슬러리 등급 벤토나이트는 일반적으로 80% 이상의 몬모릴로나이트를 함유하고 있습니다.
3. 모래 함량 낮음
굴착 진흙에 사용되는 벤토나이트는 슬러리 품질을 보장하고 굴착 장비의 마모를 방지하기 위해 모래 함량이 3% 미만이어야 합니다.
4. 높은 젤 강도
벤토나이트는 높은 겔 강도를 제공하여 더 큰 시추공의 절삭물을 부유시킬 수 있습니다. 시추공 내 진흙이 정체되어 있을 때는 단단한 절삭물이 부유 상태를 유지할 수 있도록 충분한 겔 강도를 유지해야 합니다. 또한, 절삭물은 제거 중에도 부유 상태를 유지해야 침하를 방지할 수 있습니다. 침하는 순환을 방해하여 압력 상승, 지층 파괴, 표면 유출, 심지어 공구 매몰 및 시추 실패로 이어질 수 있습니다.
5. 물에 대한 적응성이 좋음
건설 현장은 종종 수질이 다양한 외딴 지역에 위치합니다.
슬러리를 제조하는 데 사용되는 물은 칼슘과 마그네슘 이온 함량이 높거나 산성일 수 있습니다. 품질이 낮은 벤토나이트는 이러한 물과 혼합될 때 응집 및 분리되어 점도를 크게 저하시켜 부적합하게 만들 수 있습니다. 좋은 벤토나이트 슬러리는 이러한 영향을 견뎌야 하며 다양한 수질 조건에서 안정성을 유지해야 합니다.
결론
수평 방향 드릴링의 성공을 위해서는 올바른 벤토나이트를 선택하는 것이 필수적입니다. 프로젝트. 우수한 팽윤성, 낮은 모래 함량, 그리고 강력한 겔 강도를 갖춘 고품질 나트륨 기반 벤토나이트는 까다로운 수질 조건에서도 안정적인 시추공, 효율적인 절삭물 제거, 그리고 신뢰할 수 있는 시추 성능을 보장합니다. 검증된 성능 특성을 갖춘 벤토나이트를 사용하면 운영 위험을 줄이고 시공 효율성을 높이며 더 나은 프로젝트 결과를 얻을 수 있습니다. 연약 점토층이든 복잡한 모래층이든, 적합한 벤토나이트 머드는 모든 것을 좌우합니다.
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