海水泥浆配制技术

海水泥浆配制技术

在保证海水泥浆各项性能指标的前提下，本着经济合理，性能稳定及便于就地取材的原则，对不同性质的造浆材料进行了对比试验。

1）造浆粘土 ① 造浆粘土的优选

研究结果表明，山东钠基土、上海昂润1＃、2＃土拌制的海水泥浆稳定性好、失水量小，除静切力稍小外，其余各项性能指标均满足要求。上海昂润2＃膨润土由于掺有高效有机降滤失剂，其性能指标略优于山东膨润土，但其成本较高。山东钠基土性能优良且价格较低，是经济理想的造浆材料。抗盐土及钻井膨润土均稳定性较差，胶体率和失水率不满足要求，虽然可以通过增加处理剂消除不稳定现象，但抗盐土价格较钠基膨润土高。（对比试验结果见表 1 ）

膨润土、钠基膨润土、抗盐粘土性能试验表 表 1

海水(g) 700 试样名称 山东钠基膨润土 上海昂润膨润土1＃ 上海昂润膨润土2＃ 上海昂润膨润土3＃ 钻井膨润土 明光抗盐粘土 膨润土(g) 70 比重 1.08 静切力粘(Pa) 度 10(s) 10s min 20.8 0 0.8 失水量(ml/30 min) 10.0 泥皮胶体P厚 率H (mm) (%) 1.5 9.5 98 稳定性 上 1.075 下 1.08 700 70 1.10 22.9 0 0.8 12.0 1.0 9.5 97 1.09 1.10 700 70 1.10 23.3 0 0.8 9.0 0.8 9.6 99 1.10 1.10 700 70 1.09 20.6 0 0.6 13.5 1.5 9.5 91 1.05 1.06 700 700 70 56 1.08 1.06 16.0 23.7 0 1 0.6 2 87 47 4.0 4.0 9.4 9.2 30 83 ／ 1.05 ／ 1.10 注：以上各组均掺泥浆总量0.2％的江苏宜兴PAC（增粘剂）和0.2％的Na2CO3（分散剂）。

② 膨润土的性能指标

试验采用山东潍坊龙凤钠基膨润土，其物理指标及化学组成见表2。

钠基膨润土物理、化学指标 表2 项目 数值 粒度 200目通过8.2 96% 71.95% 8.23% 0.54% 1.05% 1.58% 2.10% 1.75% 12.8% PH SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2O K2O 烧失量 钠基膨润土加入水后，水很快进入蒙脱石的晶格层，使膨润土很快湿胀，并成为一种带有电荷的亲水胶体，通过颗粒的静电斥力保持稳定的悬浮状态。

2）增粘剂 ① 增粘剂的优选

使用增粘剂可增强防止钻孔坍塌的作用，在泥浆受盐分或水泥污染时起保护凝胶的作用，同时可提高钻孔效率。一般工程中常用的有羧甲基纤维素（CMC）等，由于海水中阳离子和Cl-的大量存在会降低泥浆粘度，试验选用了天津的CMC、温州瓯海的PAC（聚阴离子纤维素）和CMH（羧甲基羟丙基纤维素）以及江苏宜兴的PAC进行优选试验，试验结果见表3。

不同增粘剂的性能对比试验 表3 钠基土(g) 静切力Na2(Pa) 增粘比粘度 PHCO3 剂(g) 重 (s) 值 10m(g) 10s in 宜PACⅡ 1.54 70 70 70 温PAC 1.54 温CMH 1.54 津CMC 1.54 1.54 1.54 1.54 1.54 1.09 1.08 1.082 1.09 19.65 9.1 0 0.7 失水量泥皮厚(ml/30min) (mm) 9.5 1.0 稳定性 上 1.075 下 1.082 胶体率(%) 96 海水(ml) 700 70 20.81 21.68 18.4 9.2 9.2 9.1 0 0 0 0.8 0.9 0.5 9.4 9.0 17.0 1.0 1.0 2.0 1.08 1.08 1.06 1.09 1.09 1.12 98 98 92

综合考虑，选用宜兴通达化工有限公司生产的PAC，用其拌制的海水泥浆稳定性好，失水量小。

② 聚阴离子纤维素(简称PAC)

PAC是羧甲基纤维素CMC的衍生物，是一种阴离子型线性高分子物质，能

在海水中不降粘，具有增稠性、保水性、抗盐性及较好的薄膜成形性。PAC有高粘度、低粘度两种。粘度越高，增粘效果越好，但粘度过高会影响其在泥浆中的溶解性。

3）分散剂 ① 分散剂的优选

分散剂的首要作用是使进入水中的膨润土颗粒分散开来，形成外包水化膜的胶体颗粒，减少了内部阻力，泥浆中如含有Mg2+、Ca2+、Na+等金属离子，泥皮的形成性能降低，比重增加，致使膨润土凝聚、泥水分离，有可能造成孔壁坍塌。使用分散剂可以解决这些问题，改善泥浆的性能。常用的分散剂有碱类（如：Na2CO3）和木质素磺酸盐类（俗称FCL铁铬盐）。分别用Na2CO3和FCL做同配比的泥浆性能试验，经过比较发现，FCL虽然易溶于清水或盐水，但其分散效果不如Na2CO3，而且稳定性较差。Na2CO3可与海水中的Ca2+、Mg2+起化学反应，生成碳酸钙，使金属离子惰性，因此分散效果较好。可根据需要利用Na2CO3的掺量来控制泥浆的PH值。泥浆呈碱性稳定性好，而且碱性环境对钢筋的锈蚀起到保护作用。Na2CO3与FCL的比较试验见表4。

Na2CO3与FCL的比较试验表 表4 钠基土(g) 70 70 海水(ml) 700 PAC Na2(温州) CO3 (g) (g) 1.54 1.54 1.54 —— FCL (g) —— 1.54 失水泥皮稳定性 粘P静切力(Pa) 胶体比量厚度 H率10m(ml/30(mm重 上 下 (%) (s) 值 10s in min) ) 1.09 1.09 20.8 22.0 9.5 8.0 0 0 0.8 0.7 11.2 15.0 1.0 2.0 1.08 1.04 1.09 1.12 99 92 从表可以看出，用FCL作分散剂配制的海水泥浆，泥浆的稳定性及胶体率不满足使用要求，而用Na2CO3作分散剂配制的海水泥浆性能均能满足使用要求。

② 纯碱（Na2CO3）的性能指标

采用工业纯碱，其Na2CO3含量大于98%，常含有结晶水。由于Na2CO3在海水中能电离水解，提供钠离子和碳酸根离子，可使泥浆PH值增大，使粘土颗粒分散，粘土颗粒表面负电荷增加，更好地吸收外界的正离子，增加水化膜的厚度，提高了泥浆的胶体率和稳定性，降低失水率。