如何让泥浆分散？ 细分散泥浆
地质钻探中,最简单的细分散泥浆配方,就是用纯碱或烧碱处理的泥浆。泥浆中加入纯碱或烧碱,可使黏土改性及分散,使黏土颗粒稳定地分散在水中,成为细分散泥浆。如需要进一步调整泥浆性能,可加入其他处理剂。
在淡水泥浆中加纯碱的目的是使黏土改性,即把钙膨润土改为钠膨润土。
Ca黏土+Na2CO3Na黏土+CaCO3 (2-1)
特别是用膨润土造浆时,因其大多数为钙质膨润土,用适量的纯碱处理,就会配制出分散性好且稳定、失水量较低的泥浆。
根据双电层理论,当黏土表面吸附的阳离子由Ca2+变为Na+后,可使扩散层变宽,黏土颗粒的水化膜变厚,有利于黏土在水中的分散和稳定。从而使泥浆的失水量降低,完全可以满足地质钻探一般地层钻进的要求。如钙质膨润土不加纯碱处理,则黏土颗粒不能分散,泥浆稳定性差,失水量大,因而不能使用。
有了黏土阳离子交换容许量的资料,通过上列反应式,可算出最合适的纯碱用量,达到处理泥浆的最佳状态。如黑膨润土(属钙质膨润土),当蒙脱石含量达80%,阳离子交换容量达80～100毫克当量/100克土时,纯碱用量相当于黏土质量的4%左右为合适,便可得到较高黏度和较低失水量的泥浆。如增加黏土用量也要相应增加纯碱的用量。如配浆用水的硬度较高时,则纯碱用量要做增加,增加的纯碱被用来软化水质。
对于用钙质黏土造浆,加烧碱处理时降失水效果并不好,这是由于置换时得到的是氢氧化钙,它仍然可以溶解进泥浆中,并不能完全沉淀去钙,钙离子照样被吸附在黏土颗粒表面,没有起到水化分散作用之效。
对于非膨润土泥浆,由于其离子交换容量较少,被交换离子的种类也是多样的,因此,有的黏土(伊利石、高岭石)加纯碱效果好,而有的黏土要加烧碱效果才好。这类黏土造的浆到底是加纯碱好还是烧碱好,应进行具体的实验分析确定。由于这类黏土离子交换量少,即使加碱处理后,也比它的造浆率较低,加入其中的碱量也低。
机械处理在泥水分离过程中非常常见，可以说是泥水分离的标配了。不过由于泥水处理的机械有很多种类，不同的机械有对于不同的泥水也是各有优劣
现在施工现场常见的是两级旋流器装备的泥水分离系统。但是为了节省成本很多设备阉割了部分旋流器，故而经常会见到泥浆沉降池中泥沙堆积，必须使用特种机械设备挖掘才能保证整个系统的正常运转。
还有可以直接通过离心作用把土沉淀的离心机，以及尾矿干排系统加箱式压滤机、普通沉沙灌、带式压滤机一体的泥水分离系统
相比机械处理，药剂处理是一个更加泛用的解决方案。
使用聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等絮凝剂对泥水进行处理，可以有效絮凝泥水中的污泥聚丙烯酰胺，通过絮凝作用使聚丙烯酰胺在污泥的单独颗粒间发生架桥，使聚合物链段吸附在不同的颗粒上，促进颗粒的聚集，达到快速泥水分离的效果。
很多污水处理中都使用聚丙烯酰胺和聚合氯化铝配合使用，处理后的污水效果均比单一絮凝剂明显许多，但要注意这两种药剂配合使用时聚丙烯酰胺则作为絮凝剂，PAC则作为混凝剂使用。可以选择机械处理方案依然要使用相应的混凝剂絮凝剂对泥水进行处理泥浆分散
将置换至地面上混杂有悬浮土粒和沉渣的泥浆 进行杂质清除，提高其护壁能力的工序。混有各种 杂质的浆液，一般可用机械除渣、化学处理、稀释迂 回流动和重力沉降等方法进行处理，使泥浆中固体 悬浮杂质尽量减少，满足泥浆能重复利用的要求。
将置换至地面上混杂有悬浮土粒和沉渣的泥浆 进行杂质清除，提高其护壁能力的工序。混有各种 杂质的浆液，一般可用机械除渣、化学处理、稀释迂 回流动和重力沉降等方法进行处理，使泥浆中固体 悬浮杂质尽量减少，满足泥浆能重复利用的要求。
比如:聚合氯化铝,聚丙烯酰胺之类。 一般泥浆取值最好为1.3-1.5(水跟泥的比重)。如果是浆不够浓度,清孔比较麻烦。一般施工前如果是泥浆不行的话,买泥粉,调合。放两包水泥下去也可以加大浓度。
细分散泥浆~
这是泥浆发展初期被广泛采用的类型。它是建立在使用黏土细颗粒稳定地分散在水中的基础上的,一般应在泥浆中加入分散剂(稀释剂)和降失水剂。所用的处理剂品种少,加量也较少,成本较低,并能满足一般钻进的要求,因而在地质钻探中得到广泛的应用。
地质钻探中,最简单的细分散泥浆配方,就是用纯碱或烧碱处理的泥浆。泥浆中加入纯碱或烧碱,可使黏土改性及分散,使黏土颗粒稳定地分散在水中,成为细分散泥浆。如需要进一步调整泥浆性能,可加入其他处理剂。
在淡水泥浆中加纯碱的目的是使黏土改性,即把钙膨润土改为钠膨润土。
Ca黏土+Na2CO3→Na黏土+CaCO3↓ (2-1)
特别是用膨润土造浆时,因其大多数为钙质膨润土,用适量的纯碱处理,就会配制出分散性好且稳定、失水量较低的泥浆。
根据双电层理论,当黏土表面吸附的阳离子由Ca2+变为Na+后,可使扩散层变宽,黏土颗粒的水化膜变厚,有利于黏土在水中的分散和稳定。从而使泥浆的失水量降低,完全可以满足地质钻探一般地层钻进的要求。如钙质膨润土不加纯碱处理,则黏土颗粒不能分散,泥浆稳定性差,失水量大,因而不能使用。
有了黏土阳离子交换容许量的资料,通过上列反应式,可算出最合适的纯碱用量,达到处理泥浆的最佳状态。如黑膨润土(属钙质膨润土),当蒙脱石含量达80%,阳离子交换容量达80～100毫克当量/100克土时,纯碱用量相当于黏土质量的4%左右为合适,便可得到较高黏度和较低失水量的泥浆。如增加黏土用量也要相应增加纯碱的用量。如配浆用水的硬度较高时,则纯碱用量要做增加,增加的纯碱被用来软化水质。
对于用钙质黏土造浆,加烧碱处理时降失水效果并不好,这是由于置换时得到的是氢氧化钙,它仍然可以溶解进泥浆中,并不能完全沉淀去钙,钙离子照样被吸附在黏土颗粒表面,没有起到水化分散作用之效。
对于非膨润土泥浆,由于其离子交换容量较少,被交换离子的种类也是多样的,因此,有的黏土(伊利石、高岭石)加纯碱效果好,而有的黏土要加烧碱效果才好。这类黏土造的浆到底是加纯碱好还是烧碱好,应进行具体的实验分析确定。由于这类黏土离子交换量少,即使加碱处理后,也比它的造浆率较低,加入其中的碱量也低。
许多细分散泥浆,只加碱处理所得到的泥浆其性能是不能满足钻进需求的,还需进一步加入降失水剂,增黏剂或稀释剂等对泥浆进行处理。在无盐、无钙或黏土侵的情况下,往往只加入一种处理剂便可满足要求。如泥浆受到各类物质侵入污染时,则需要多种处理剂进行联合处理。
目前生产现场使用的单一处理剂(多数先用碱处理)处理的泥浆有:栲胶泥浆、纤维素泥浆、铁路盐泥浆、铬制剂泥浆等。
淡水细分散泥浆最易受盐、钙和黏土的侵污。当发生上述侵污时,泥浆质量将变坏,钻孔工作便不能顺利进行,必须及时对泥浆进行处理。
钻进黏土质造浆地层时,由于钻出的黏土颗粒源源不断地进入泥浆中,致使泥浆黏度上升,甚至达到流不动的程度。出现这种情况,将会造成泥包钻头,影响钻进效率,严重者将造成孔内糊钻、卡钻事故。
这时,如单纯采取用清水稀释降黏的方法解决黏土侵的问题,则会使泥浆失水量增加,稳定性变差,泥浆量也将越来越多,势必增加原用处理剂的消耗量。因此,钻进黏土质造浆地层时,最好采用钙处理泥浆,聚丙烯酰胺泥浆或盐水泥浆,同时采取除砂、除泥措施,便会取得预期的效果。
钻进石膏地层或钻水泥塞时,由于CaSO4或Ca(OH)2在泥浆中能电离出钙离子(Ca2+),使泥浆中的钙离子猛增,置换出黏土颗粒表面的钠离子并压缩双电层,使黏土颗粒表面的水化膜变薄,特别是黏土颗粒边角部分的水化膜变薄时,泥浆易形成网状结构,使泥浆的黏度、切力和失水量大大增加,以至进而引起黏土的析水聚沉。
这是典型的钙侵污问题。可以采用加纯碱除钙,用稀释剂铁铬盐降低其黏度和切力,用Na-CMC降失水的方法处理泥浆,或者同时加入烧碱,使其转化为钙处理泥浆,再进行钻进。
水泥侵和石膏侵虽均属钙侵,但二者之间又有不同之处。水泥侵时,由于泥浆中增多的除了钙离子外,同时还有氢氧根离子。因此,水泥侵时泥浆的pH值是增加的。如加入纯碱除钙,会使泥浆的pH值进一步增加。如采用pH值较小的磷酸二氢钠盐或硫酸氢钠(小苏打NaHCO3)除钙,则对泥浆的pH值影响较小。
石膏侵时,除增加泥浆中的钙离子外,同时也提供硫酸根离子,会使泥浆的pH值降低。如用纯碱处理,所形成的硫酸钠不能沉淀,仍然溶于泥浆中,仍然会使泥浆的黏度、切力和失水量处于较高的水平。此时,应加入烧碱除钙,提高泥浆的pH值,达到调整泥浆性能(控制泥浆中钙离子浓度)的目的。
钻进含盐地层,泥浆遭到盐侵时,泥浆中增加了大量钠离子(Na+)和氯离子(Cl-),黏土颗粒表面的水化膜变薄或被破坏,使泥浆的黏度、切力和失水量增加。此时,应把其转化为盐水泥浆钻进,只是加入泥浆的处理剂用量将大大增加。
根据泥浆消耗量的大小,采用的泥浆搅拌方法分别有人力搅拌法、机械搅拌法和水力式搅拌法;其中,以机械搅拌法配制泥浆较为常见。
(一)机械搅拌法
它是利用动力机械带动搅拌爪或搅拌链条等搅拌用具旋转,迫使泥浆原料实现水力运动、均匀分散而配制泥浆。
配制时根据所要求的相对密度,把应加的黏土和水加到搅拌机里搅拌,待黏土和水充分分散后再加适量的碱及其他化学药剂。当泥浆的性能指标达到要求时,停止搅拌。
机械搅拌法操作程序为:向搅拌容器注水(2/3)并徐徐加入计算所需的黏土和纯碱,开机搅拌(5～8min);然后逐一加入其他处理剂(每次间隔5min),继续搅拌;补充注水,接近注满容器,再行搅拌;当泥浆的性能指标达到要求时,停止搅拌。
在深孔钻进、泥浆用量较大时,应优先择用机械搅拌法配制泥浆。
(二)水力搅拌法
它是利用泥浆泵送入液体进行水力反复循环,使泥浆原料实现均匀分散而配制成泥浆。操作程序为:首先开泵送水;然后逐一向水力搅拌器漏斗中加入黏土、纯碱或其他处理剂;继续搅拌,当泥浆的性能指标达到要求时,停止水力循环搅拌。
在中深孔钻进、泥浆用量较大时,可择用水力搅拌法配制泥浆。
(三)人力搅拌法
即当班职工操作棍棒等用具进行搅拌配制泥浆的方法。拌浆原理和操作程序与机械搅拌法基本相同。一般在浅孔钻进、泥浆消耗量较小时,可优先择用。
相关要点总结：
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