本發(fā)明涉及地下巖土體強(qiáng)化與防滲，特別涉及一種基于異質(zhì)泡沫段塞注入的脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣選擇性膠結(jié)方法。

背景技術(shù)：

1、松散、弱膠結(jié)土和多孔縫性巖體具有強(qiáng)度低、高滲水的特點，易發(fā)生地面沉降或地下目標(biāo)工作區(qū)涌水，嚴(yán)重威脅地面建筑長期安全或地下巷道、隧道、采礦作業(yè)安全。采用脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀(eicp)技術(shù)可在松散土顆粒間或巖體孔縫內(nèi)生成碳酸鈣晶體，膠結(jié)顆粒和縫間結(jié)構(gòu)，具有顯著提高巖土體強(qiáng)度和降低其滲水能力的作用，在地基強(qiáng)化加固、混凝土裂縫修復(fù)、地下巖體裂縫封堵等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。尤其是植物提取脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀方法，具有原材料易獲取、工藝方法簡單的技術(shù)優(yōu)勢。

2、然而，現(xiàn)有的技術(shù)工藝仍具有以下缺陷：注入地層的膠結(jié)液粘度低、易發(fā)生竄流現(xiàn)象，膠結(jié)區(qū)域不可控；極易發(fā)生注入點碳酸鈣堆積堵塞現(xiàn)象，降低工藝可行性；膠結(jié)區(qū)域自注入點起，至目標(biāo)區(qū)域，全范圍膠結(jié)耗材量大，增大施工成本；尚缺乏針對特定區(qū)域的選擇性膠結(jié)策略，弱化了該技術(shù)應(yīng)用潛力和范圍。因此，需要開發(fā)一種新型的成本低、膠結(jié)范圍可控的脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的缺陷，提出一種基于異質(zhì)泡沫段塞注入的脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣選擇性膠結(jié)方法，采用異質(zhì)泡沫交替循環(huán)注入地層的段塞注入方式，使僅含膠結(jié)液的泡沫發(fā)生碳酸鈣生成、沉淀和膠結(jié)過程，達(dá)到在地層中選擇性膠結(jié)的目的。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下具體技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供的基于異質(zhì)泡沫段塞注入的脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣選擇性膠結(jié)方法，包括如下步驟：

4、s1、制備植物脲酶溶液：將大豆、豌豆或瓜子植物原料依次經(jīng)過碾碎、浸泡溶解、過濾、離心、酸化處理得到植物脲酶溶液；

5、s2、制備異質(zhì)泡沫：將植物脲酶溶液通過高速剪切方式制備頂替泡沫，取植物脲酶溶液與鈣離子溶液和尿素溶液混合制備膠結(jié)液，將膠結(jié)液通過高速剪切方式制備膠結(jié)液泡沫；

6、s3、施工地層預(yù)處理：向施工地層注水、清除地層所含堿性、毒性物質(zhì)，以保障后續(xù)注入蛋白的活性；

7、s4、異質(zhì)泡沫段塞注入：向施工地層依次注入膠結(jié)液泡沫和頂替泡沫，注入完成后靜置，使膠結(jié)液泡沫充分發(fā)生尿素分解、碳酸鈣生成和沉淀膠結(jié)過程，并伴隨泡沫消泡過程；

8、s5、泡沫段塞循環(huán)注入：重復(fù)步驟s4，使膠結(jié)液泡沫的尿素分解、碳酸鈣生成和沉淀膠結(jié)過程重復(fù)發(fā)生在設(shè)計的選擇性膠結(jié)區(qū)域，循環(huán)重復(fù)至該區(qū)域的膠結(jié)程度達(dá)到預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

9、進(jìn)一步地，步驟s2中，制備異質(zhì)泡沫還包括制備前置泡沫，將植物脲酶溶液通過高速剪切方式以制備前置泡沫，前置泡沫和頂替泡沫的黏度不同，前置泡沫、頂替泡沫、膠結(jié)液泡沫的黏度大小關(guān)系為頂替泡沫黏度>膠結(jié)液泡沫黏度>前置泡沫黏度，制備的前置泡沫、頂替泡沫、膠結(jié)液泡沫的黏度均低于100mpa/s，以保障流動性；步驟s4中，向施工地層依次注入前置泡沫、膠結(jié)液泡沫和頂替泡沫。

10、進(jìn)一步地，步驟s1中，浸泡溶解的溶劑為水，溶解比為40g/l～200g/l；酸化的試劑選擇濃度0.2mol/l～4mol/l的鹽酸或醋酸。

11、進(jìn)一步地，步驟s2中，膠結(jié)液中鈣離子和尿素濃度介于0.5mol/l～1.5mol/l；制備的膠結(jié)液泡沫的泡沫質(zhì)量不高于80％。

12、進(jìn)一步地，步驟s4中，向施工地層注入異質(zhì)泡沫所使用的氣體為空氣、二氧化碳或氮氣，以提高碳酸鈣沉淀膠結(jié)效率；注入方式可采取地面預(yù)制異質(zhì)泡沫輸送孔底再注入地層，或通過孔底發(fā)泡裝置孔底發(fā)泡直接注入，或采取氣體和發(fā)泡液同時注入地層原位剪切發(fā)泡；注入完成后靜置時間6～24小時。

13、本發(fā)明能夠取得如下技術(shù)效果：

14、1、本發(fā)明采用植物脲酶溶液可發(fā)泡的特性，制備自源泡沫，可不需其他表面活性劑的添加，減少成本；

15、2、采用異質(zhì)泡沫段塞注入的方式可設(shè)計碳酸鈣在地層中的沉淀區(qū)域，實現(xiàn)地層選擇性膠結(jié)，大幅降低酶誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀技術(shù)的工程成本，擴(kuò)大施工范圍；

16、3、采用異質(zhì)泡沫為載體，使注入地層的膠結(jié)液粘度可調(diào)，達(dá)到膠結(jié)液流動性、流動范圍和前緣剖面穩(wěn)定可控的目的，增益技術(shù)效果；

17、4、采用異質(zhì)泡沫為載體，泡沫半衰期長、氣泡尺寸可控，泡沫結(jié)構(gòu)可為碳酸鈣晶體析出和顆粒間聯(lián)結(jié)提供模板，可在地層孔縫內(nèi)構(gòu)建立體化碳酸鈣結(jié)構(gòu)，增益技術(shù)效果。

技術(shù)特征：

1.一種基于異質(zhì)泡沫段塞注入的脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣選擇性膠結(jié)方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于異質(zhì)泡沫段塞注入的脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣選擇性膠結(jié)方法，其特征在于，步驟s2中，制備異質(zhì)泡沫還包括制備前置泡沫，將植物脲酶溶液通過高速剪切方式以制備前置泡沫，前置泡沫和頂替泡沫的黏度不同，前置泡沫、頂替泡沫、膠結(jié)液泡沫的黏度大小關(guān)系為頂替泡沫黏度>膠結(jié)液泡沫黏度>前置泡沫黏度，制備的前置泡沫、頂替泡沫、膠結(jié)液泡沫的黏度均低于100mpa/s，以保障流動性；步驟s4中，向施工地層依次注入前置泡沫、膠結(jié)液泡沫和頂替泡沫。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于異質(zhì)泡沫段塞注入的脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣選擇性膠結(jié)方法，其特征在于，步驟s1中，浸泡溶解的溶劑為水，溶解比為40g/l～200g/l；酸化的試劑選擇濃度0.2mol/l～4mol/l的鹽酸或醋酸。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于異質(zhì)泡沫段塞注入的脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣選擇性膠結(jié)方法，其特征在于，步驟s2中，膠結(jié)液中鈣離子和尿素的濃度為0.5mol/l～1.5mol/l；制備的膠結(jié)液泡沫的泡沫質(zhì)量不高于80％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于異質(zhì)泡沫段塞注入的脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣選擇性膠結(jié)方法，其特征在于，步驟s4中，向施工地層注入異質(zhì)泡沫所使用的氣體為空氣、二氧化碳或氮氣，以提高碳酸鈣沉淀膠結(jié)效率；注入方式可采取地面預(yù)制異質(zhì)泡沫輸送孔底再注入地層，或通過孔底發(fā)泡裝置孔底發(fā)泡直接注入，或采取氣體和發(fā)泡液同時注入地層原位剪切發(fā)泡；注入完成后靜置時間6～24小時。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及地下巖土體強(qiáng)化與防滲技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于異質(zhì)泡沫段塞注入的脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣選擇性膠結(jié)方法，利用植物提取脲酶溶液富含蛋白、可自發(fā)泡的特性，或結(jié)合化學(xué)表面活性劑制備黏度不同的泡沫，并采用異質(zhì)泡沫交替循環(huán)注入地層的段塞注入方式，使僅含膠結(jié)液(即脲酶、鈣源和尿素的混合溶液)的泡沫發(fā)生碳酸鈣生成、沉淀和膠結(jié)過程，達(dá)到在地層中選擇性膠結(jié)的目的。上述方法可實現(xiàn)地層選擇性膠結(jié)，降低酶誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀技術(shù)的工程成本，擴(kuò)大施工范圍；采用異質(zhì)泡沫為載體，使注入地層的膠結(jié)液粘度可調(diào)，達(dá)到膠結(jié)液流動性、流動范圍和前緣剖面穩(wěn)定可控的目的，可在地層孔縫內(nèi)構(gòu)建立體化碳酸鈣結(jié)構(gòu)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉召,郭威,費(fèi)尋常
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26