李 強，王衍森，王春林，徐圣集，樊志強

凍結孔泥漿置換中緩凝水泥漿及混合漿的性能劣化規(guī)律

李 強1，王衍森2，王春林3，徐圣集3，樊志強2

(1. 陜西延長石油礦業(yè)有限責任公司，陜西 西安 710075；2. 中國礦業(yè)大學 深部巖土力學與地下工程國家重點試驗室，江蘇 徐州 221116；3. 陜西延長石油巴拉素煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000)

凍結孔泥漿置換已成為巖層凍結法鑿井的必需環(huán)節(jié)，但凍結管下放易遭遇漿液黏滯阻力過大，甚至被“抱死”導致鉆孔報廢。為深入掌握深孔環(huán)境中水泥漿及其與泥漿混合漿的性能劣化規(guī)律，以表觀黏度作為衡量指標，考慮養(yǎng)護時間、溫度、失水狀態(tài)及混合漿的體積比等因素，分別開展緩凝水泥漿、混合漿的室內試驗研究。結果表明：養(yǎng)護時間20 h內，水泥漿和混合漿的黏度均隨養(yǎng)護時間延長而增長，但混合漿黏度值及增長速率遠超過水泥漿；二者黏度與溫度之間呈非線性變化關系；失水狀態(tài)加速漿液的黏度增長，尤其是對混合漿的黏度影響更大；混合漿的黏度與體積比之間呈現(xiàn)為非線性關系；與緩凝水泥漿相比，混合漿的黏度劇增等性能劣化現(xiàn)象，受養(yǎng)護時間、溫度及失水狀態(tài)的影響都更為顯著。分析認為，水泥與泥漿的混合漿液的黏度驟升、流動性大幅下降甚至喪失，是凍結管下沉阻力過大甚至被“抱死”的關鍵原因；因此，控制漿液混合段高度，抑制混合漿的黏度增長，是保證凍結管安全順利下沉的關鍵。

凍結孔；泥漿置換；緩凝水泥漿；混合漿；表觀黏度；性能劣化

近十余年來，基巖全深凍結法鑿井技術已在我國西部白堊系等弱膠結富水巖層中得到廣泛應用[1]。巖層段凍結管外的環(huán)形空間不易壓實，凍結壁解凍后易豎向導水，威脅井下巷硐甚至整個礦井的安全[2]。為防范凍結孔突涌水事故，凍結管下放前通常需采用緩凝水泥漿，開展凍結孔泥漿置換作業(yè)[3-5]。

緩凝水泥漿的性能是影響泥漿置換及凍結管下放安裝成敗的關鍵。程志彬等[6]針對門客慶礦井需要，研制緩凝水泥漿配方；劉娟紅等[7]、齊錦霞等[8]也研制了適用于弱膠結軟巖，流動性、保水性、抗凍性較好的封孔水泥漿材料；楊偉光等[9]研制具有特定密度、穩(wěn)定性較好的緩凝水泥漿；陳新年等[10]研制高效緩凝劑及適用于超深孔的緩凝水泥漿材料；上述緩凝水泥漿材料的試驗研究，均直接面向凍結孔泥漿置換工程，并以初凝時間、穩(wěn)定性、保水性為重點，研究成果較好地解決了實際工程問題。但對于緩凝水泥漿、混合漿在深孔溫度環(huán)境、長時間靜置過程中的黏度變化普遍缺乏關注及研究，凍結管下放到底前，孔內漿液黏度的急劇增大將嚴重威脅凍結管下沉，因此，可視為性能劣化。在此背景下，凍結孔泥漿置換條件下，凍結管下沉受阻甚至被“抱死”，進而導致鉆孔報廢的事故，時有發(fā)生。

趙嘉亮等[11]針對鉆孔泥漿置換后凍結管下沉遇阻現(xiàn)象，認為是水泥漿和泥漿的稠化絮凝反應所致，但并未開展深入的試驗研究。王衍森等[12]、張成銀等[i][13-14]通過試驗，研制適用于千米深孔及較高地溫(45℃)的緩凝水泥漿材料，并針對800 m深孔的壓力與溫度環(huán)境(8 MPa、35℃)，開展水泥漿黏度變化、初凝時間的現(xiàn)場試驗，結果表明：壓力影響較小。此外，樊志強[15][ii]針對水泥漿與混合漿黏度隨時間、溫度的變化規(guī)律，開展初步試驗研究，發(fā)現(xiàn)一定體積比的混合漿，初凝時間遠超過純緩凝水泥漿，且黏度值及其增長速率也遠超水泥漿。

總之，大量工程實踐表明：凍結管下放安裝失敗，與深孔環(huán)境中的漿液(尤其是混合漿)黏度增長具有密切關系。然而，目前對深孔溫度、失水環(huán)境中緩凝水泥漿及其與泥漿混合漿(簡稱混合漿)的黏度增長等性能劣化規(guī)律，尚缺乏深入、定量地研究，這制約了對凍結管下沉受力及其受阻機理的認識。

鑒于此，筆者通以表觀黏度為主要衡量指標，考慮養(yǎng)護溫度、時間、漿液失水及混合漿的體積比等因素，開展緩凝水泥漿及混合漿性能劣化規(guī)律的試驗研究，以掌握不同條件下水泥漿、混合漿表觀黏度值及其變化規(guī)律，以期為開展凍結管下沉過程的力學分析，開展下沉可行性、安全性評估提供重要依據(jù)。

1 試驗儀器及試驗方案

1.1 試驗儀器及試驗材料

1.1.1 儀器與設備

漿液黏度的測量采用DV-2+PRO型旋轉黏度計。

根據(jù)黏度計對漿液容器或試樣直徑、深度方面的要求，自制漿液養(yǎng)護容器，如圖1所示。

圖1 漿液試驗養(yǎng)護容器

為模擬孔壁泥皮破壞后漿液面臨的水分濾失環(huán)境，參考西部地層白堊系砂巖等的滲透系數(shù)[16-17]，漿液容器底座采用透水石制成(滲透系數(shù)為2×10–6cm/s)。當無需模擬失水狀態(tài)時，采用不透水底座。

針對黏度計及漿液容器，首先利用標準油進行儀器性能的標定測試。數(shù)據(jù)對比表明，測試誤差小于1.299%，證實該旋轉黏度計及自制容器的適用性。

為檢驗漿液養(yǎng)護溫度、黏度測試環(huán)境溫度對試驗結果的影響，開展先期探索性試驗。結果表明：水泥漿養(yǎng)護溫度高而黏度測試環(huán)境溫度低時，因溫度驟降，漿液黏度曲線將出現(xiàn)驟升段，如圖2a所示，漿液試樣的養(yǎng)護、黏度測試溫度分別為45、16℃，這與觸變性流體剪切規(guī)律明顯不符；且養(yǎng)護溫差與測試環(huán)境溫度的差異越大，此現(xiàn)象越明顯。

鑒于此，采用集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，利用恒溫水浴，保證漿液黏度測試時的環(huán)境溫度與其養(yǎng)護溫度高度一致。圖2b是水泥漿在養(yǎng)護溫度、測試環(huán)境溫度均為45℃條件下剪切過程中的黏度下降曲線；顯然，其表觀黏度先下降后趨于穩(wěn)定，符合觸變性流體的剪切特性。

圖2 不同環(huán)境溫度下的水泥漿表觀黏度曲線

1.1.2 漿液配方

本文所述的緩凝水泥漿(簡稱水泥漿)，均采用中國礦業(yè)大學研制且已開展大量工程應用的專利配方，水灰比為1.25︰1，主要外加劑的摻加量見表1，懸浮劑摻量以水的質量為基準，其他外加劑摻量均以水泥質量為基準。

鉆孔泥漿配方，參考我國西部凍結鑿井工程中凍結孔施工的常用配方，見表2，泥漿中其他組分的摻量均以水的質量為基準；利用取自工程現(xiàn)場的廣譜護壁劑等外加劑自行配制而成。

表1 緩凝水泥漿配方

表2 凍結孔的打鉆泥漿配方

1.2 試驗方案及方法

1.2.1 試驗方案

室內及現(xiàn)場試驗均表明：凍結管下沉所需的時間段內，緩凝水泥漿通常遠未達到初凝狀態(tài)；因此，凍結管下沉受阻并非水泥漿初凝所致；深孔環(huán)境中水泥漿與混合漿的黏度過大，應該是造成凍結管下沉失敗的真正原因。為此，本文把漿液黏度的驟升或激增現(xiàn)象稱為“性能劣化”，并以表觀黏度作為衡量漿液性能劣化的主要指標。

已有研究表明，水泥漿與混合漿的黏度主要與溫度、時間、失水率有關；水泥漿與泥漿的混合漿(簡稱混合漿)的性能劣化還受體積比的重要影響，故本文試驗主要考慮以上因素。至于漿液柱壓力因素，鑒于現(xiàn)場試驗已表明其對漿液黏度影響較小，因此，試驗中不模擬孔內的壓力環(huán)境[12]。

試驗中，溫度取3個水平：35、40、45℃。初步試驗發(fā)現(xiàn)：漿液配制并置于特定溫度下養(yǎng)護，一般需2 h性能才基本穩(wěn)定，且多數(shù)工程中，凍結管下沉可在20 h內完成。因此，漿液養(yǎng)護時間取5水平(2、5、10、15、20 h)。漿液失水狀態(tài)取2水平(是、否)。對于混合漿，水泥漿與泥漿的體積比取5水平(1︰2、3︰4、1︰1、4︰3、2︰1)。

試驗采用單因素試驗與正交試驗相結合的方法，以期不僅得到各因素下的漿液黏度值及其隨各因素的變化規(guī)律，且可得到不同因素影響的顯著性。因為每個因子的水平數(shù)不同，用擬水平法對正交試驗設計的方案進行改造。擬水平法是指把某因素的一個或幾個水平重復安排后而成為虛擬的多水平的設計方法。

水泥漿具體試驗方案見表3、表4；混合漿具體試驗方案分別見下文。

1.2.2 試驗方法

水泥漿試驗中，每組試驗制作5個試樣，置于相同環(huán)境中養(yǎng)護；并按養(yǎng)護時間，每次測定1個試樣的表觀黏度(結合實際工況并參照文獻[12]，剪切速率統(tǒng)一取20 s–1)。類似地，對于同一體積比的混合漿，也制備多份試樣，同條件養(yǎng)護至不同時間，測定其表觀黏度。

水泥漿、混合漿均屬觸變流體，隨著剪切時間延長，表觀黏度都會先減小后趨于穩(wěn)定。實際工程中，每根凍結管對焊后，一般不超過200 s即可完成下沉作業(yè)(而后對焊加長)。試驗發(fā)現(xiàn)：漿液剪切200 s時，表觀黏度已進入平穩(wěn)段，因此，本文對于漿液表觀黏度的測試，剪切時間均定為200 s。

2 緩凝水泥漿性能劣化試驗結果與分析

2.1 單因素試驗

緩凝水泥漿性能劣化的單因素試驗結果見表3，表中的溫度指養(yǎng)護溫度與黏度測試環(huán)境溫度，二者相同；時間指漿液的養(yǎng)護時間，下同。

表3 緩凝水泥漿性能劣化的單因素試驗結果

1) 養(yǎng)護溫度及時間對水泥漿黏度的影響

基于表3數(shù)據(jù)，繪制了不失水狀態(tài)下水泥漿黏度隨溫度、時間的變化曲線(圖3a)。顯然，各種溫度下，漿液黏度均隨時間延長而增大；但不同溫度下，漿液早期黏度的增長速率存在較明顯區(qū)別。

漿液養(yǎng)護2～5 h時間段，溫度35℃下的水泥漿黏度快速增大，其余溫度下黏度初始值較小且增長緩慢；養(yǎng)護5～10 h，溫度45℃環(huán)境中的水泥漿黏度快速增長，其他溫度下的水泥漿黏度增長較平穩(wěn)；養(yǎng)護10～20 h，3種溫度下的水泥漿黏度增長速率幾乎相同，表明溫度對該時間段水泥漿黏度增長幾乎無影響；分析認為，該階段水泥漿黏度增加，應該主要受隨時間延長而發(fā)生的水泥水化反應所控制。

取養(yǎng)護2 h的黏度(202.42 mPa·s)為初始值，養(yǎng)護至20 h， 35、40、45℃條件下，水泥漿黏度比初始值分別增加46.5%、29.1%、45.9%。

圖3 不同影響因素下的緩凝水泥漿表觀黏度曲線

2) 漿液失水狀態(tài)對水泥漿黏度的影響

圖3b為養(yǎng)護溫度為35℃，失水(滲透)、不失水(不滲透)狀態(tài)下，緩凝水泥漿表觀黏度隨時間的變化曲線。顯然，相同溫度下，無論漿液是否失水，其黏度都隨時間延長而增大；但漿液在失水狀態(tài)下，無論表觀黏度值還是其增長速度，都遠超過不失水狀態(tài)；且黏度差值也隨時間延長而不斷增大。

取養(yǎng)護2 h的水泥漿表觀黏度為初始值，失水狀態(tài)下的水泥漿初始黏度(380.28 mPa·s)是不失水狀態(tài)下(202.42 mPa·s)的1.88倍。養(yǎng)護至20 h，失水、不失水狀態(tài)下，水泥漿黏度分別增加118.2%和46.5%；失水狀態(tài)下的水泥漿黏度(829.33 mPa·s)增至不失水狀態(tài)下(296.58 mPa·s)的2.8倍，這表明：水泥漿失水，將顯著加劇其黏度增長。

總體而言，如果不失水而僅受水泥水化反應影響，水泥漿養(yǎng)護至20 h時的黏度雖有增大，但增幅有限(<50%)，且遠未達到初凝狀態(tài)，因此，純水泥漿基本不影響凍結管下沉。但當水泥漿失水時，其黏度卻能達到初始值的4倍以上，影響其在凍結管外環(huán)空內的上返流暢性，從而加劇凍結管下沉難度。

凍結孔泥漿置換一般利用鉆桿完成，而后再下放凍結管。水泥漿在深孔內長時間靜置過程中，孔壁泥皮質量(密實與堅韌程度)將通過影響水泥漿的水分濾失，影響水泥漿的黏度增長，造成其性能劣化。

由此可見，為避免水泥漿失水造成黏度過早驟升，一方面，應盡量提高鉆孔泥漿的護壁(或孔壁泥皮)質量；另一方面，泥漿置換前須先卸除鉆頭，以免鉆桿上提時剮蹭孔壁泥皮，加劇水分濾失。

2.2 正交試驗

水泥漿性能劣化的正交試驗結果見表4；影響因素方差分析結果見表5。

表4 水泥漿性能劣化的正交試驗結果

表5 緩凝水泥漿性能劣化影響因素方差分析

方差分析基本思想是將數(shù)據(jù)的總變異分解成因素引起的變異和誤差引起的變異兩部分[18]，構造統(tǒng)計量，作檢驗，即可判斷因素作用是否顯著。顯著性水平值可取0.01、0.05、0.10和0.20，分別對應置信度99%、95%、90%和80%。當>0.01時，說明此因素高度顯著；若0.01>>0.05，顯著；若0.05>0.10，有影響；若0.10>0.20，有一定影響；當<0.20，可認為基本無影響。

由表5中各因素的方差分析可知，失水狀態(tài)和養(yǎng)護時間這兩因素的值超過0.01，表明兩者對于水泥漿性能劣化具有高度顯著的影響；養(yǎng)護溫度的值在0.05和0.10之間，說明此因素對試驗結果有影響，但不顯著。

3 混合漿性能劣化試驗結果與分析

3.1 單因素試驗

混合漿性能劣化的單因素試驗結果見表6(表中體積比是指水泥漿與泥漿體積之比，下同)。

表6 混合漿液性能劣化的單因素試驗結果

1) 養(yǎng)護溫度對混合漿黏度的影響

基于表4數(shù)據(jù)，圖4a給出養(yǎng)護時間10 h、不失水狀態(tài)下，體積比為1︰1的混合漿、水泥漿的黏度隨溫度的變化曲線。由圖可知，水泥漿黏度隨溫度變化甚微，而混合漿黏度變化明顯。大量試驗表明：養(yǎng)護時間小于20 h時，不同體積比的混合漿黏度均隨溫度升高呈先增大后減小的非線性變化規(guī)律。在35、40、45℃條件下，混合漿黏度分別為水泥漿的1.54、2.55、1.91倍。這表明：與水泥漿相比，混合漿性能劣化受溫度影響更嚴重。

2) 養(yǎng)護時間對混合漿黏度的影響

圖4b為不失水狀態(tài)、40℃條件下，體積比1︰1的混合漿與水泥漿的黏度增長曲線對比。二者表觀黏度均隨時間延長而增大，且水泥漿基本呈線性增長；但混合漿黏度增長速率遠超水泥漿。

圖4 混合漿表觀黏度隨養(yǎng)護溫度和時間的變化曲線

以養(yǎng)護2 h的表觀黏度為初始值，混合漿初始黏度(399.83 mPa·s)是水泥漿(212.64 mPa·s，表4)的1.88倍。養(yǎng)護至20 h，水泥漿黏度(274.58 mPa·s)僅比初始值增加29.13%，而混合漿黏度(987.57 mPa·s)增加了147.02%，增至同等養(yǎng)護條件下水泥漿黏度的3.6倍(約為水泥漿配制后初始黏度的4.64倍)。這表明：相同養(yǎng)護條件下，與水泥漿相比，混合漿性能劣化受時間影響更顯著。

可見，一方面，加快凍結管速度，縮短下放時間，對保證凍結管順利下放到底至關重要；另一方面，凍結管在穿越水泥漿與泥漿的混合段時，將面臨更顯著的黏滯阻力作用，成為影響凍結管下放成敗的關鍵。

3) 失水狀態(tài)對混合漿黏度的影響

圖5a給出體積比為1︰1、40℃條件下，混合漿、水泥漿分別養(yǎng)護至10、20 h時，失水狀態(tài)對黏度的影響規(guī)律(圖中橫軸指漿液容器底座的滲透系數(shù)；滲透系數(shù)取0表示底座不透水)。

漿液不失水時，混合漿和水泥漿的表觀黏度分別為621.73 mPa·s和274.58 mPa·s，混合漿黏度是后者的2.26倍。漿液失水時，二者黏度分別為3 934.19 mPa·s和446.15 mPa·s，混合漿黏度是后者的8.82倍。鑒于水泥漿黏度隨時間近似線性增長，故養(yǎng)護時間為10 h的水泥漿黏度要小于20 h的黏度值。由此推斷：二者養(yǎng)護時間均為10 h時，混合漿與水泥漿的黏度之比將會更大。

水泥漿在失水狀態(tài)下養(yǎng)護20 h的表觀黏度，是不失水狀態(tài)的1.62倍；混合漿失水狀態(tài)下養(yǎng)護10 h的表觀黏度，高達不失水狀態(tài)的6.33倍。顯然，與水泥漿相比，混合漿黏度增長受失水狀態(tài)的影響更大。

鑒于失水養(yǎng)護10 h條件下，混合漿黏度驟升至3 934.19 mPa·s，分析認為：凍結管穿越該混合漿液段時，其在凍結管外環(huán)空內上返的流動性將急劇下降，在環(huán)空較為窄小的條件下，由于同時受到壁面吸附作用，甚至會完全喪失流動性。據(jù)此判斷，這應是部分凍結鑿井工程中，凍結管在鉆孔泥漿置換后開展下沉安裝時，遭遇阻力過大甚至發(fā)生“抱死”現(xiàn)象(既無法下沉，也不能向上拔出)的根本原因。

上述試驗結果也進一步表明：凍結孔泥漿置換中，孔壁泥皮的護壁質量對凍結管順利下沉影響巨大。

4) 體積比對混合漿黏度的影響

圖5b給出溫度40℃、養(yǎng)護至10 h，不失水狀態(tài)下，混合漿的表觀黏度隨體積比的變化曲線。

圖5 失水狀態(tài)及體積比對混合漿黏度的影響

以體積比為1︰1的混合漿表觀黏度為基準值，計算知：體積比1︰2、3︰4、4︰3、2︰1的混合漿，表觀黏度分別是基準值的2.01、1.12、1.37、0.52倍。

可見，水泥漿與泥漿混合后，受二者發(fā)生稠化絮凝反應影響，混合漿的黏度顯著增大。在試驗因素水平內，水泥漿與泥漿的體積比為1︰2時，表觀黏度取得最大值(1 251.18 mPa·s)；體積比為1︰1時，黏度出現(xiàn)極小值；之后，隨著泥漿體積占比增大，體積比接近4︰3時，混合漿黏度出現(xiàn)極大值；此后，其黏度逐漸減小并趨近于泥漿黏度。

上述試驗結果表明：在豎向穿過水泥漿、泥漿混合段時，凍結管將受到較大的滯阻力作用，且阻力大小與漿液混合的體積比有關。為減小凍結管下沉阻力，鉆孔泥漿置換時，應通過優(yōu)化水泥漿壓入速度，并在水泥漿、泥漿之間壓入適量清水或專用隔離液等措施，減少混合段高度及其混合程度，以抑制其黏度驟升現(xiàn)象，降低對凍結管下沉的不利影響。隔離液應選擇與泥漿、水泥漿都不發(fā)生化學反應，且相對密度介于二者之間的漿液。

需指出的是，鑒于混合漿黏度是由稠化絮凝反應所致，因此，隨著水泥漿與泥漿成分、配比的不同，顯然混合漿的最大黏度及對應的體積比并非常數(shù)。為此，作為凍結管下沉受力分析的關鍵參數(shù)，不同體積比的混合漿表觀黏度值，應根據(jù)實際工程的具體漿液配方，通過試驗加以測定。

3.2 正交試驗

混合漿性能劣化的正交試驗結果見表7，影響因素的方差分析見表8。

由表8中各因素的方差分析可知，失水狀態(tài)因素的值超過了99%置信度條件下的臨界值，表明此因素在99%置信度條件下，對混合漿性能的劣化具有高度顯著影響；體積比和養(yǎng)護時間的值在0.05和0.01之間，說明兩者對試驗結果影響顯著；養(yǎng)護溫度的值小于80%置信度條件下的臨界值，說明此因素對混合漿性能劣化無影響。

4 結論

a.漿液養(yǎng)護時間20 h內，緩凝水泥漿與混合漿的黏度均隨時間延長而增長，且后者的黏度值及增長速度遠超過前者。漿液養(yǎng)護的前后期，黏度增長分別主要受溫度和時間(水泥水化反應)影響。與水泥漿相比，混合漿性能劣化受時間及溫度影響更明顯。

b.失水狀態(tài)將加劇水泥漿與混合漿的黏度增長；失水養(yǎng)護20、10 h時，二者的表觀黏度分別是不失水狀態(tài)下的1.62倍、6.33倍。與水泥漿相比，混合漿的性能劣化受失水現(xiàn)象影響更為顯著。

表7 混合漿液性能劣化的正交試驗結果

表8 混合漿性能劣化影響因素的方差分析

c.混合漿黏度，受水泥漿與泥漿體積比的影響顯著，且呈現(xiàn)為非線性變化關系。在試驗因素水平范圍內，體積比為1︰2、1︰1、4︰3時，混合漿的黏度分別取得最大值、極小值、極大值。不同體積比的混合漿黏度，均隨溫度升高呈現(xiàn)先增大再減小的趨勢。

d.對緩凝水泥漿性能劣化的影響程度，失水狀態(tài)最為顯著，其次為養(yǎng)護時間、溫度。對混合漿性能劣化的影響程度，失水狀態(tài)最為顯著，其后依次為水泥漿與泥漿的體積比、養(yǎng)護時間、養(yǎng)護溫度。

e.水泥漿與泥漿混合漿的黏度驟升，流動性下降甚至喪失，是凍結管下沉阻力過大甚至被“抱死”的關鍵原因。通過泥漿置換工藝優(yōu)化，減小混合段高度與混合程度，減輕混合漿黏度的增長，是提高凍結管下沉成功率的關鍵。

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Performance deterioration law of retarded cement slurry and its mixed slurry in freezing borehole mud replacement

LI Qiang1, WANG Yansen2, WANG Chunlin3, XU Shengji3, FAN Zhiqiang2

(1. Shaanxi Yanchang Petroleum and Mining Co., Ltd., Xi’an 710075, China; 2. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China; 3. Shaanxi Yanchang Petroleum Balasu Coal Industry Co., Ltd., Yulin 719000, China)

The mud replacement of freezing hole has become a necessary part of freezing shaft sinking in rock strata, but in the lowering process, the freezing pipe is prone to excessive slurry viscosity resistance, and even be locked, leading to borehole failure. In order to deeply understand the performance deterioration law of cement slurry and its mixture in deep hole environment, the laboratory tests of retarded cement slurry and mixed slurry are carried out respectively, taking the apparent viscosity as the measurement index and considering the factors such as curing time, temperature, water loss state and volume ratio of mixed slurry. The results show that the viscosity of the cement slurry and mixed slurry increases with the extension of curing time, but the viscosity value and growth rate of the mixed slurry are much higher than those of the cement slurry within 20 h of curing time. The viscosity of the both has a nonlinear relationship with temperature. And the viscosity growth of slurry is accelerated by water loss state, especially the viscosity of the mixed slurry. The viscosity and volume ratio of the mixed slurry show a non-linear relationship. Compared with the retarded cement slurry, the viscosity of the mixed slurry increases sharply which is more affected by curing time, temperature and water loss state. The analysis shows that the sudden increase of viscosity and the sharp decrease or even loss of the fluidity of the mixed slurry are the key reasons for the excessive sinking resistance and even the locked freezing pipe. Therefore, controlling the height of the slurry mixing section and inhibiting the viscosity growth of the mixed slurry are the key to ensure the safe and smooth sinking of the freezing pipe.

freezing borehole; mud replacement; retarded cement slurry; mixed slurry; apparent viscosity; performance deterioration

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TD265.4

A

1001-1986(2021)05-0182-08

2021-01-05；

2021-05-25

國家自然科學基金面上項目(52074264)

李強，1990年生，男，陜西神木人，碩士，工程師，從事礦山建設工程技術與管理工作. E-mail：747136511@qq.com

王衍森，1973年生，男，山東鄒城人，博士，研究員，從事巖土特殊施工技術研究. E-mail：yswang@cumt.edu.cn

李強，王衍森，王春林，等. 凍結孔泥漿置換中緩凝水泥漿及混合漿的性能劣化規(guī)律[J]. 煤田地質與勘探，2021，49(5)：182–189. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.05.020

LI Qiang，WANG Yansen，WANG Chunlin，et al. Performance deterioration law of retarded cement slurry and its mixed slurry in freezing borehole mud replacement[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(5)：182–189. doi: 10.3969/j. issn.1001-1986.2021.05.020

(責任編輯 周建軍)