CN102786245B - 一种降粘剂的配方 - Google Patents
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Abstract
一种降粘剂的配方，它由以下组份配制而成：十二水硫酸铝钾，六偏磷酸钠，碳酸氢钠，柠檬酸钠。再以按泥浆重量的0.13～0.3%的比例加入盾构、钻井工程泥浆中，进行粘滞性调节。上述硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠、柠檬酸钠均为工业级产品，成本低廉，物理化学性质稳定，对环境无害。本发明所提供的一种降粘剂的配方，能有效降低高粘度工程泥浆的粘度，本降粘剂方便调配、运输及储存，使用方便，经济效益明显。
Description
技术领域
本发明涉及一种降粘剂，尤其是一种用于快速处理高粘度盾构、钻井工程泥浆降粘的降粘剂配方。
背景技术
隧道穿越工程泥浆的降粘剂对调节隧道穿越工程泥浆的流变性起着非常重要的作用。
随着工业的发展，隧道的深度、跨度和直径越来越大，工程泥浆降粘剂的作用也越来越大；尤其是特殊隧道、复杂隧道和超深隧道数量的增加，对隧道穿越工程泥浆工艺技术提出了越来越高的要求，工程泥浆的粘度和切力随工程进展快速上升的问题十分突出。同时，随着地层越来越复杂，不同地层产生出来的不同物理化学性质的钻屑混入工程泥浆中，形成复杂化学结构的混合体，以致于施工过程中难以保证高密度工程泥浆流变性能的稳定，其主要表现是工程泥浆的粘度、切力居高不下，因此，粘度和切力的降低十分必要，降粘剂的作用显得就尤为重要。
隧道穿越工程钻探过程中，为确保泥浆具有良好的流变性能，通过改变泥浆流动性来应对各种复杂地质条件，保证快速、安全地推进工程进度，加入降粘剂通常是必须的。工程泥浆降粘剂主要用于降低工程泥浆的粘度，调节工程泥浆的流变性，成为隧道穿越工程过程中不可缺少的泥浆处理剂。
目前国内外常用的工程泥浆的降粘剂有以下四大类：
1）以木质素、栲胶、单宁等天然原料为基础的降粘剂。木质素是一种植物体内存在的一元酚类化合物，因其价廉、可降解和对环境无污染的特点，广泛应用于隧道工程泥浆中。铁铬木质素磺酸盐降粘剂就是一种典型的木质素类降粘剂，由于铁铬木质素磺酸盐降粘剂含有毒金属铬，与环境保护的要求相悖，其使用目前已受到限制，各种无铬木质素磺酸盐降粘剂开始被研究开发出来，无铬木质素降粘剂性能较好，但是，在抗温、抗盐、抗钙等方面仍存在不足。
2）聚合物降粘剂，包括含马来酸酐或丙烯酸的共聚物，含磺酸基团的共聚物，两性或阳离子型聚合物等。为了提高木质素类降粘剂的性能，人们利用改性木质素与烯类单体之间的接枝共聚反应，制备了一系列木质素接枝共聚物降粘剂。但这些改性的降粘剂在现场应用时，整体性能都不如传统的铁铬木质素磺酸盐降粘剂，而铁铬木质素磺酸盐降粘剂在生产和应用时，还存在环境兼容性不好的问题。而且聚合物降粘剂存在着用量少、容易被消耗而需要频繁多次加入的缺点，而且大多数只对低粘土含量下(<40%以下)由高分子聚合物引起的高粘度才有明显效果。
3）无机降粘剂(磷酸盐类，有机硅类)。无机盐降粘剂包括钠基有机磷酸盐、无机磷酸盐(磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠)以及有机硅降粘剂。有机膦降粘剂存在着抗盐能力差、维护周期短，适用范围窄等问题。无机磷酸盐降粘剂它们可以和粘土颗粒间产生离子交换，拆散粘土颗粒间和粘土颗粒与合物间形成的结构，几乎可完全消除大分子聚合物的提粘效应。
4）正电胶工程泥浆降粘剂。正电胶工程泥浆降粘剂带有大量负电荷的吸附基团为主，通过这些基团在粘土上的吸附，一方面降低正电胶在粘土颗粒上的吸附，另一方面减弱正电胶的正电电位，从而降低正电胶形成的结构体。
从降粘剂的研究与应用情况来看，发展趋势应该是研制无毒的，适用范围广、能抑制粘土进一步分散的新型高效降粘剂。这种降粘剂应该是无机降粘剂、有机降粘剂的有机结合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种降粘剂的配方，能有效降低高粘度工程泥浆的粘度，调配方便、运输及储存，使用方便，经济效益明显。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种降粘剂的配方，它由以下组份（重量百分数）配制而成：
十二水硫酸铝钾32～35%；六偏磷酸钠25～28%；碳酸氢钠22～26%；柠檬酸钠11～21%；
将上述重量百分数的硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠和柠檬酸钠充分混合后即制得本发明的降粘剂，降粘剂应密闭存放，应使用具有内防潮膜的包装袋。
各组分的优选重量百分数为：十二水硫酸铝钾33%；六偏磷酸钠25%；碳酸氢钠26%；柠檬酸钠16%。
上述硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠、柠檬酸钠均为工业级，成本低廉，物理化学性质稳定，对环境无害。
本发明配制好的降粘剂的使用方法如下：
将上述混配好的降粘剂加入工程泥浆中，降粘剂的重量百分比为工程泥浆重量的0.13～0.3%，进行粘滞性调节即可（所谓粘滞性调节，就是通过试剂的加入，改变泥浆的粘度值，改变粘度值分为提高和降低两种，通常是降低粘度值）。
本发明提供的降粘剂的配方，有益效果如下：
1、由于将工业级的硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠、柠檬酸钠四种试剂按一定的重量百分比比例，固相混合制得降粘剂。工程掘进过程中，因大量钻屑脱落后掺入泥浆，形成的泥浆网状结构体，从而导致泥浆的粘度上升，切力变大，流变性变差。加入降粘剂的机理是中和颗粒的电荷，压缩双电层，破坏泥浆体系的电荷相互作用所形成的网架结构，释放出网架结构中的自由水，改善泥浆的流动性，达到降低粘度和降切力的效果。加入降粘剂的效果是有效地降低高粘度泥浆的粘度，最佳降粘率能达到40%以上，特别适用于漏斗粘度为57s到108s（以工程用粘度测试漏斗测定，500 mL）的泥浆。
2、本发明配制的降粘剂，无毒、环境兼容性强，各试剂之间的配伍性好，在高比重浆液、低固相聚合物液及高矿化度液中都有明显的降粘效果。
3、由于各组分均为粉末固体，固相混合后所得的降粘剂也为粉末固体，所占体积小，运输及储存方便。
4、只需将各组分混配均匀加水后即可使用，配制操作程序简单，使用方便。
5、工业级的硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠、柠檬酸钠均为市售的价格较便宜的试剂，且每立方米泥浆所需降粘剂用量少，处理成本低，经计算，处理成本大约4.2元/M3泥浆。
具体实施方式
实施例一
一种降粘剂的配方，它由以下组份（重量百分数）配制而成：
工业级十二水硫酸铝钾35%；工业级六偏磷酸钠28%；工业级碳酸氢钠26%；工业级柠檬酸钠11%；
将上述重量百分数的硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠和柠檬酸钠充分混合后即制得本发明的降粘剂。
实验室配制泥浆：量取1000 mL泥浆，加入10克膨润土，机械搅拌至均匀。以工程用粘度测试漏斗测定泥浆粘度，pH值9～10。
量取上述泥浆700mL，加入上述配制好的降粘剂对泥浆进行降粘后（加入降粘剂的重量为泥浆重量的0.13%），机械搅拌均匀，以漏出500 mL的时间计时，所测得的降粘实验数据如表1所示：
表1 实施例一的降粘试验数据
实施例二
一种降粘剂的配方，它由以下组份（重量百分数）配制而成：
工业级十二水硫酸铝钾35%；工业级六偏磷酸钠25.7%；工业级碳酸氢钠25.1%；工业级柠檬酸钠14.2%；
将上述重量百分数的硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠和柠檬酸钠充分混合后即制得本发明的降粘剂。
实验室配制泥浆：量取1000 mL泥浆，加入10克膨润土，机械搅拌至均匀。以工程用粘度测试漏斗测定泥浆粘度，pH值9～10。
量取上述泥浆700mL，加入上述配制好的降粘剂对泥浆进行降粘后（加入降粘剂的重量为泥浆重量的0.18 %），机械搅拌均匀，以漏出500 mL的时间计时，所测得的降粘实验数据如表2所示：
表2 实施例二的降粘试验数据
实施例三
一种降粘剂的配方，它由以下组份（重量百分数）配制而成：
工业级十二水硫酸铝钾32.8%；工业级六偏磷酸钠25.2%；工业级碳酸氢钠22.4%；工业级柠檬酸钠19.6%；
将上述重量百分数的硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠和柠檬酸钠充分混合后即制得本发明的降粘剂。
实验室配制泥浆：量取1000 mL泥浆，加入10克膨润土，机械搅拌至均匀。以工程用粘度测试漏斗测定泥浆粘度，pH值9～10。
量取上述泥浆700mL，加入上述配制好的降粘剂对泥浆进行降粘后（加入降粘剂的重量为泥浆重量的0.23 %），机械搅拌均匀，以漏出500 mL的时间计时，所测得的降粘实验数据如表3所示：
表3 实施例三的降粘试验数据
实施例四
一种降粘剂的配方，它由以下组份（重量百分数）配制而成：
工业级十二水硫酸铝钾33%；工业级六偏磷酸钠25%；工业级碳酸氢钠26%；工业级柠檬酸钠16%；
将上述重量百分数的硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠和柠檬酸钠充分混合后即制得本发明的降粘剂。
实验室配制泥浆：量取1000 mL泥浆，加入10克膨润土，机械搅拌至均匀。以工程用粘度测试漏斗测定泥浆粘度，pH值9～10。
量取上述泥浆700mL，加入上述配制好的降粘剂对泥浆进行降粘后（加入降粘剂的重量为泥浆重量的0.13 %），机械搅拌均匀，以漏出500 mL的时间计时，所测
得的降粘实验数据如表4所示：
表4 实施例四的降粘试验数据
实施例五
一种降粘剂的配方，它由以下组份（重量百分数）配制而成：
工业级十二水硫酸铝钾32%；工业级六偏磷酸钠27.6%；工业级碳酸氢钠22%；工业级柠檬酸钠18.4%；
将上述重量百分数的硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠和柠檬酸钠充分混合后即制得本发明的降粘剂。
实验室配制泥浆：量取1000 mL泥浆，加入10克膨润土，机械搅拌至均匀。以工程用粘度测试漏斗测定泥浆粘度，pH值9～10。
量取上述泥浆700mL，加入上述配制好的降粘剂对泥浆进行降粘后（加入降粘剂的重量为泥浆重量的0.30 %），机械搅拌均匀，以漏出500 mL的时间计时，所测得的降粘实验数据如表5所示：
表5 实施例五的降粘试验数据
实施例六
一种降粘剂的配方，它由以下组份（重量百分数）配制而成：
工业级十二水硫酸铝钾32%；工业级六偏磷酸钠25%；工业级碳酸氢钠22%；工业级柠檬酸钠21%；
将上述重量百分数的硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠和柠檬酸钠充分混合后即制得本发明的降粘剂。
实验室配制泥浆：量取1000 mL泥浆，加入10克膨润土，机械搅拌至均匀。以工程用粘度测试漏斗测定泥浆粘度，pH值9～10。
量取上述泥浆700mL，加入上述配制好的降粘剂对泥浆进行降粘后（加入降粘剂的重量为泥浆重量的0.25%），机械搅拌均匀，以漏出500 mL的时间计时，所测得的降粘实验数据如表6所示：
表6 实施例六的降粘试验数据
从上述各实施例的试验数据可知，本发明的配方能有效地降低高粘度泥浆的粘度，降粘性明显，最佳降粘率能达到60%以上，特别适用于漏斗粘度为57s到108s（以工程用粘度测试漏斗测定，500 mL）的泥浆。
Claims (2)
1. 一种降粘剂，其特征在于它由以下重量百分数的组份配制而成：
十二水硫酸铝钾32～35%；六偏磷酸钠25～28%；碳酸氢钠22～26%；柠檬酸钠11～21%；
上述十二水硫酸铝钾、六偏磷酸钠、碳酸氢钠、柠檬酸钠均为工业级产品。
2.根据权利要求1所述的一种降粘剂，其特征在于各组分的重量百分数为：十二水硫酸铝钾33%；六偏磷酸钠25%；碳酸氢钠26%；柠檬酸钠16%。
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