粘土浆的稳定性,是指搅拌好的浆液在停止搅拌和流动以后,其继续保持原有分散度和流动度的维持时间。维持的时间越长,稳定性越好;越短稳定性越差。通常用一定浆量静置一定时间后顶、底部分的密度差来表示。测定方法是:将刚搅拌均匀的泥浆倒入特制的量简(稳定性测仪)中,静置24h后测量上半部与下半部泥浆的比重,算出差值。对于钻探用泥浆,一般规定差值小于0.02时才算稳定性合格,差值越小稳定性越好。
影响粘土浆稳定性的因素很多,最主要的有以下几项:
(1)以蒙脱石为主要矿物的粘土,浆液稳定性最好,其次是伊利石粘土,较差的是高岭石粘土。
(2)粘土矿物的含量越多,浆液稳定性越好。
(3)被粘土吸附的阳离子越少,在土粒周围形成的双电层越薄,促使粒间引力加大,凝聚趋势增强,浆液稳定性越差。
(4)在阳离子浓度相同时,阳离子的电价愈高,浆液稳定性越差;当电价相同时,离子的半径越小,浆液稳定性越好。
(5)浆液的pH值越过等电pHis值愈多,带负电量越多,E值愈大,土粒周围双电层和水薄膜的厚度越厚,浆液稳定性愈好。
(6)粘土的颗粒越小,分散程度越高,浆液稳定性越好。(www.xing528.com)
(7)一般说来,随着浆液浓度的增大(固相含量增多),土粒间距离靠近,引力增大,聚而下沉的机会增多,浆液的稳定性变差。但浓到一定程度以后,絮凝集团之间产生了结构强度,反而使下沉困难,浆液稳定性又趋提高,如图9-9所示。
钻探和灌浆都常常需要提高浆液的稳定性。
关于提高稳定性的方法,其物理方法主要是提高粘土颗粒的分散程度,包括制浆前将粘土干燥并粉碎成粉末,加水浸泡足够时间,用高速搅拌机进行强力搅拌等。其化学方法主要是在浆液中加入化学药品,改变吸附阳离子的类型:变高价离子为低价离子,提高浆液的pH值等。经常使用的化学药品有:①氢氧化钠(NaOH),通称烧碱、火碱、苛性钠;②碳酸钠(NaCO3),通常称纯碱或苏打;③碳酸氢钠(NaHCO3),也称酸性碳酸钠、小苏打。此外,还有许多有机材料。
如要降低稳定性,主要采用化学方法调节,使絮凝时间加快,程度提高。经常加入的化学剂有:①氢氧化钙[Ca(OH)2],通称熟石灰(由生石灰加水反应而得);②磷酸钠盐,有正、偏磷酸盐、焦磷酸盐等;③氯化钙(CaCl2);④氯化钠(NaCl),即食盐;⑤硫酸钙(CaSO4),即石膏;⑥硅酸钠(NaO·mSiO),通称水玻璃等。
图9-9 粘土浆稳定性与浓度的关系
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