膨润土泥浆试验分析

师连波

（广西田东昊润新材料科技有限公司，广西 百色 531500）

膨润土泥浆试验分析

师连波

（广西田东昊润新材料科技有限公司，广西 百色 531500）

以我国广西宾阳与田东膨润土原料为试验样，探讨了膨润土指标及特性与膨润土生产泥浆的相应关系，膨润土泥浆原料的选取及干燥时的水分控制、添加助剂使用的种类、填加方法对产品性能的影响。以供膨润土企业生产泥浆产品时参考。

泥浆用膨润土；原矿的选择；填加剂的选用；加工条件控制

膨润土在水溶液中具有良好的悬浮性，这一特性在用膨润土生产钻井泥浆时得到了广泛的应用，但不同的膨润土原矿经过相同的工艺处理得到的产品，生产的泥浆具有较大的差异。所以对如何优化膨润土资源，发挥资源的最大潜能，是膨润土企业合理的利用现有的资源，走可持续发展的道路要解决的新课题。下面就有关的工序与助剂的使用分别做以试验分析。

1 试验仪器试验方法

1.1 试验设备

数显高速泥浆搅拌器，最高转速为11000转/min；数显六速旋转粘度仪，测定范围为0～150mPa·s；滤失量仪，容积为200～400mL。

1.2 试验方法

称取22.5g改性膨润土试样，倒入盛有350mL蒸馏水的泥浆搅拌杯中，在高速搅拌机上搅拌20min，取下，在控制温度为25℃的条件下封存16h后，做泥浆流变性试验。

2 试验分析

2.1 泥浆用膨润土原料的选择

选取5个土样品进行钠化试验，试验结果见表1。1～4号膨润土样品选自宾阳陈岭膨润土矿区；5号样选自田东矿区，为本次钠化试验做泥浆基础料的试验分析。

通过表1试验数据，可以看到膨润土的泥浆性能与膨润土的吸蓝量没有直接关系或说是关系不大，钠化后膨润土的泥浆性能与膨润土的膨润值与膨胀指数成正比关系，但其不是线性关系。也就是说膨胀指数与膨润值好的膨润土适合膨润土泥浆生产。这里应当指出一点，就是膨胀性能好的膨润土，其悬浮性好是生产泥浆用膨润土最基本的条件。再一点是膨润土的本身应当具备一定的粘度值，这一点还与膨润土的本身化学组分及矿物结构有关。钠化后自身粘度值高的膨润土料，其膨胀性能也一定好，但膨胀性能好的膨润土料不一定粘度值也高。

表1 膨润土原料性能与钠化后膨润土性能

通过上面的5种原料试验分析，从泥浆粘度值与膨胀性能来看3与4号料最为适合做泥浆土的原料。

2.2 泥浆用膨润土钠化条件的选择

泥浆用膨润土原料的钠化，钠化水分与陈化时间对其指标也有一定的影响，主要影响因素为加碱量与挤压次数，所以本试验重点从加碱量与挤压次数两个方面进行分析。

2.2.1 钠化加碱量与泥浆性能关系

选用1号与3号料做为本次加碱试验对象，进行试验分析，分析结果见表2。

膨润土钠化时碱量的增加，其粘度值、膨润值、膨胀倍都相对增加，同样滤失量也趋于变好，在一定的范围内呈正比例关系。当碱的加量到最佳值时，再继续加入，反而指标呈下降态势。本次选择的两个试验样在碱的加量为4%时，粘度值达到最佳值，而膨胀倍与膨润值在加到4.5%时，指标没有下降，这是膨润土在碱性溶液中具有较好的分散性能所至，而其粘度值已呈下降态势，对于泥浆用膨润土而言，最佳加碱量应以粘度值来确定，以达到膨润土在泥浆应用中达到效果的最大化。另外一点就是膨润土的最佳加碱量也与膨润土原料的吸蓝量成正比，钠化时应当做以参考。

表2 1号与3号料钠化加碱量试验数据

通过1号与3号膨润土样品钠化加碱量试验，用做泥浆膨润土基料的最佳加碱量确定为4.0%。

2.2.2 钠化挤压次数与泥浆性能的关系

试验用料为1号样与3号样，试验数据分析结果见表3。

表3 1号与3号料钠化对辊挤压次数试验数据

膨润土钠化的挤压次数对其粘度值没有明显的影响，可以相应的提高泥浆土的膨胀倍和降低滤失量，在4次的挤压范围内，随挤压次数的增加滤失量好转。由于挤压次数超过4次，加工成本将增加过高，另外在以往的试验中超过4次泥浆膨润土的指标变化不明显，所以本次以4次为最高挤压次数。

2.3 泥浆用膨润土干燥过程中水分含量对性能的影响

泥浆用膨润土干燥过程中水分含量对性能的影响试验数据见表4。

表4 水分试验数据

泥浆膨润土产品水分含量对产品的性能具有一定影响，主要的影响因素为粘度值，对滤失量的影响较小，所以在加工过程中按使用单位的要求，尽量把水分控制在上线附近，这样对产品的指标最有利。

2.4 泥浆用膨润土助剂的加入方式

泥浆用膨润土助剂的加入方式试验数据见表5。

通过表5的测试数据可知，泥浆膨润土原料钠化后自身粘度值高的料，在加入相同的助剂后，其泥浆性能也相对优。助剂的加入在钠化后比在钠化前效果要好。而加在磨粉后，要比加在磨粉前效果更加显著。

表5 助剂加入方式试验数据

2.5 泥浆性能与所加增效剂的关系

本次选择了7种助剂，分别编号为A、B、C、D、E、F、G。试验数据见表6。

由表6的试验数据可知：增效剂对膨润土作用不一，有的增效剂之间具有协同作用，而且对增效剂之间的配比具有选择性。有的只增粘，不降滤失，有的增粘同时降滤失，有的不增粘但能较小范围内降滤失。不同的助剂增粘作用有大有小。不同的助剂相互配合使用对不同的膨润土所起的作用有所不同，显然与膨润土属性、属型以及矿物结构有一定关系。使用一种增效剂不达标时，可使用两种或两种以上的增效剂协同作用能够达标。钠化时通过增加钠化剂能够达到指标的尽量不使用增效剂为宜。另一点应当了解的是泥浆用膨润土原料进行合理的配矿使用，具有增加膨润土泥浆性的作用。

表6 泥浆助剂配加试验数据

3 结语

膨润土的膨胀倍与膨润值都高，而且具有一定自身粘度的原矿为生产泥浆膨润土的最好原料。原料的钠化加碱量与钠化时的挤压次数，对生产膨润土泥浆的理化指标具有较大的影响，应当在试验的前题条件下，进行合理的选择。泥浆产品的水分含量与测试值成正比，所以膨润土的泥浆产品水分在规定的范围内不应当过低。在生产泥浆膨润土产品时，助剂的加入方式对降低成本具有很大的意义，最佳的加入方法应当为磨粉后。合理的原料与助剂的搭配对降低成本具有很大的意义。

广西宾阳膨润土矿区的原料经过选择性开采，经过半湿法钠化、添加少量的助剂、采用合理的生产工艺，能够有效的降低生产成本的同时，可以生产出达到美国API标准、国标一级泥浆土的膨润土产品。可广泛的应用于石油钻井、水平定向穿越、地质勘探、泥水盾构、公路桥梁桩基、聚合物顶管等诸多领域。将打破我国西南地区应用泥浆膨润土需要从外地调进的格局。

[1]中国国家标准化管理委员会.GB/T 5005-2010 钻井材料规范[S].北京：中国标准出版社，2010.

P619.255

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1007-9386(2017)04-0017-03

2017-06-01