CN105366686A - 一种钻井泥浆用膨润土制备方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井泥浆用膨润土制备方法及其装置，钙基膨润土原矿料经破碎筛分后，输送至混碾机与钠化剂、辅助添加剂和水进行充分混合碾压，再输送至反式变距螺旋挤压机挤压改性后，经蒙版挤压得半成品，再经晾晒磨粉包装得钻井泥浆用膨润土成品。本发明采用天然碱作为钠化改性剂，同时采用反式变距螺旋挤压机进行改性，物料由两段变距螺旋向前推进，挤压力逐渐增强，有效解决了物料堆积和挤压力不够的生产难题，不仅改性效果好，产品质量稳定，而且制备成本大大降低，每吨产品可节省生产成本6～7万元。

Description

一种钻井泥浆用膨润土制备方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种膨润土制备方法及其装置，具体的说是一种钻井泥浆用膨润土制备方法及其装置。

背景技术

膨润土主要成分为蒙脱石，由硅氧四面体和铝氧八面体构成夹层式结构，属单斜晶系。由于这种特定的层状结构，使其具有较大的比表面积，因此具有较强的吸附性。同时由于有亲水基团OH^一的存在，在水溶液中具有优良的分散性、悬浮性及粘结性，在一定浓度范围内表现出优良的触变性，即在有外加搅拌时，悬浊液表现为流动性很好的溶胶液，停止搅拌后会自动排列成立体网状结构的凝胶而不发生沉降和水析离。这种特性特别适于配制钻井泥浆。

钻井泥浆用膨润土，就是用膨润土为主要原料配制钻井泥浆，用以保护井壁、上返岩屑、冷却钻头等。无论石油钻井、还是地质勘探钻井，都大量用膨润土配制钻井泥浆。膨润土是钻井泥浆的基本材料，世界上钻井年用量约150万t，我国为20万t以上，由于我国石油工业的发展对钻井液用膨润土需求量逐年增多，目前，国内高品位钻井液用膨润土产量远远供不应求，膨润土在石油钻井方面应用前景广阔。

CN101224894A公开了“一种高粘度有机膨润土的制备方法”，该方法通过对膨润土原矿进行钠化、提纯、水热合成、压滤脱水和粉碎干燥操作步骤后获得质量稳定、性能优良的高粘度有机膨润土，可直接应用于油漆、油墨、石油钻井泥浆和高分子聚合物等作为增稠悬浮、流变和防流挂剂。该制备方法工艺工作连续，稳定性好，能稳定钠化提纯产品的质量。但该方法在原矿钠化后采用水力旋流器与卧式螺旋离心机串联连接进行提纯操作，钠化改性半成品回收率不高，增加了工艺生产的复杂性，且该方法涉及水热合成步骤，对温度及溶液的酸碱性有一定的要求，工业可操作性不强，并增加了该产品生产的成本。

CN102965086A公开了“一种钻进泥浆用膨润土的制备方法”，该方法通过对钙基膨润土钠离子交换量分析，调节钠离子、堆积钠化、干燥、粉碎等操作步骤获得钻井泥浆用膨润土，能用于对海水及化工污染水的防水，能够阻挡海水和化工污染水。该制备方法虽然效果好，但在调节钠离子步骤较为繁琐，且工艺不连续，实际工业生产可操作性不强。

此外，现有钻井泥浆用膨润土在制备过程中采用行星轮碾机或双螺旋挤压机进行混合改性作用，但因轮碾机在工业生产中改性效果欠佳，双螺旋挤压机又因大多为等螺距，进料容易堆积，且可能因为在过程中加水不合适而出现挤出困难或挤压力不够，导致产品质量不稳定。

发明内容

本发明目的之一是克服现有技术的不足而提供的一种工艺简单、连续、操作性强、成本低廉，且质量稳定的钻井泥浆用膨润土制备方法。

本发明的另一个目的是为实现上述制备方法而提供一种钻井泥浆用膨润土制备装置。

本发明制备方法的目的是这样实现的：一种钻井泥浆用膨润土制备方法，包括晾晒除杂、破碎筛分、混碾改性、晾晒磨粉和包装工序，其特征在于：钙基膨润土原矿料经破碎筛分后，输送至混碾机与钠化剂、辅助添加剂和水进行充分混合碾压，再输送至挤压机挤压改性后，经蒙版挤压得半成品，再经晾晒磨粉包装得钻井泥浆用膨润土成品；所述经破碎筛分后的矿料输送至混碾机，加入钠化剂、辅助添加剂干混2分钟后，再加水混碾5～7分钟得混合物料，控制混合物料水分为24%～26%；所述经混碾后的混合物料输送至挤压机，经两段变距螺旋挤压改性后，再经蒙版挤压成圆柱状半成品；所述经挤压改性后的半成品自然晾晒至水分≤16.5%；所述晾晒磨粉后的成品粒径控制在0.15mm以下。

所述的钠化剂选用天然碱，加入量为矿料质量的5.0%～6.5%，辅助添加剂选用氧化镁和聚丙烯酰胺，加入量分别为矿料质量的1.0%～1.5%和0.3%～0.5%。

所述的天然碱的成分为碳酸钠50%、碳酸氢钠33%、硫酸钠14%、氯化钠3%。

所述的氧化镁为≥90%的工业氧化镁，聚丙烯酰胺为PAM886的阴离子聚丙烯酰胺。

本发明制备装置的目的是这样实现的：一种钻井泥浆用膨润土制备装置，包括固定料斗、破碎机、筛分机、升降料斗、混碾机和挤压机，其特征在于：第一皮带输送机的低端设置在固定料斗的出料口，高端设置在破碎机的进料口；第二皮带输送机的低端设置在破碎机的出料口，高端设置在筛分机的进料口；第三皮带输送机的低端设置在筛分机出料口，高端设置在升降料斗的进料口；第四皮带输送机的低端设置在混碾机的出料口，高端设置在挤压机的进料口，挤压机的出料口设置有蒙版。

所述的筛分机采用滚筒式筛分机，其筛网分为三段，第一段筛网和第二段筛网的筛孔设置为10mm，第三段筛网的筛孔设置为25mm。

所述混碾机的碾轮与碾仓底部之间的间隙f设置为1.5～2.5mm。

所述的挤压机为反式变距螺旋挤压机，包括底座、设置在底座下部的电动机和减速机、设置在底座上部的挤压仓和设置在仓内的螺旋，所述的螺旋为相对设置的两组变距螺旋，每组变距螺旋分为相同的两段，每段螺旋均由螺距d向螺距h过渡。

所述的挤压仓一端的上部设置有进料口，另一端设置有出料口，仓内中部的底壁和顶壁对称设置有挡板。

所述的螺距d为110～155mm，螺距h为45～55mm。

所述蒙版的版面均匀设置有直径为8～12mm的圆孔。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、采用天然碱作为钠化改性剂，不仅改性效果好，而且单位生产成本大大降低。与现有钠化改性剂采用碳酸钠相比，每吨可节省生产成本6～7万元。此外，采用氧化镁和聚丙烯酰胺作为辅助添加剂，聚丙烯酰胺选用型号为PAM886的产品，其增粘效果更佳，并对降滤失也有一定的作用，还可减少高分子聚合物的使用量。

2、采用三段式滚筒筛分机，前两段为10mm筛网，后一段为25mm筛网，可将10mm以下物料通过皮带输送至混碾阶段，10～25mm的物料返回重新破碎或用于其他产品生产，25mm以上的杂质通过排渣口排出。

3、将混碾机的碾轮与底板间隙f调节至1.5～2.5mm，可使硬度和粒径较大颗粒在混碾过程中起到二次破碎作用，使得膨润土、改性剂、添加剂之间充分混合。

4、采用反式变距螺旋挤压机进行改性，物料由两段变距螺旋向前推进，挤压力逐渐增强，解决物料堆积和挤压力不够的生产难题，改性效果好，产品质量稳定。

5、在挤压机的出料口设置蒙版，物料通过蒙版圆孔受到一定的挤出力，可进一步增强改性效果，此外，物料通过圆孔挤出成圆柱状，更加利于晾晒，避免因出料形状不规则而影响其整体晾晒效果。

6、工艺连续、方法简单，工业可操作性强，使用效果好。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

图2为本发明制备装置结构示意图。

图3为图2中筛分机放大结构示意图。

图4为图2中混碾机放大结构示意图。

图5为图2中挤压机放大结构示意图

图中：固定料斗1、破碎机2、筛分机3、第一段筛网3a、第二段筛网3b、第三段筛网3c、升降料斗4、混碾机5、底座51、碾仓52、碾轮53，喷头54、挤压机6、底座61、电动机62、减速机63、挤压仓64、进料口64a、出料口64b、挡板64c、螺旋64d、蒙版65、圆孔65a。

具体实施方式

下面结合具体实施方式及附图对本发明作进一步的详细说明：

参见图1，本发明一种钻井泥浆用膨润土制备方法，包括晾晒除杂、破碎筛分、混碾改性、晾晒磨粉和包装工序。钙基膨润土原矿料经破碎筛分后，输送至混碾机与钠化剂、辅助添加剂和水进行充分混合碾压，再输送至挤压机挤压改性后，经蒙版挤压得半成品，再经晾晒磨粉包装得钻井泥浆用膨润土成品；所述经破碎筛分后的矿料输送至混碾机，加入钠化剂、辅助添加剂干混2分钟后，再加水混碾5～7分钟得混合物料，控制混合物料水分为24%～26%；所述经混碾后的混合物料输送至挤压机，经两段变距螺旋挤压改性后，再经蒙版挤压成圆柱状半成品；所述经挤压改性后的半成品自然晾晒至水分≤16.5%；所述晾晒磨粉后的成品粒径控制在0.15mm以下。

钠化剂选用天然碱，加入量为矿料质量的5.0%～6.5%，辅助添加剂选用氧化镁和聚丙烯酰胺，加入量分别为1.0%～1.5%和0.3%～0.5%；天然碱的成分为碳酸钠50%、碳酸氢钠33%、硫酸钠14%、氯化钠3%；氧化镁为≥90%的工业氧化镁，聚丙烯酰胺为PAM886的阴离子聚丙烯酰胺。

参见图2～4，一种实现上述钻井泥浆用膨润土制备方法的制备装置，包括固定料斗1、破碎机2、筛分机3、升降料斗4、混碾机5和挤压机。第一皮带输送机7a的低端设置在固定料斗1的出料口，高端设置在破碎机2的进料口；第二皮带输送机7b的低端设置在破碎机2的出料口，高端设置在筛分机3的进料口；第三皮带输送机7c的低端设置在筛分机3出料口，高端设置在升降料斗4的进料口；第四皮带输送机7d的低端设置在混碾机5的出料口，高端设置在挤压机6的进料口，挤压机6的出料口设置有蒙版65。

破碎机2采用底部无筛网的锤式破碎机。

筛分机3采用滚筒式筛分机，其筛网分为三段，第一段3a和第二段3b的筛孔设置为10mm，第三段3c的筛孔设置为25mm。

混碾机5采用行星轮碾机，包括底座51、设置在底座51上的碾仓52和设置在碾仓52内的碾轮53，在碾仓52的顶部设置有喷头54，碾轮53与碾仓52底部的间隙f设置为1.5～2.5mm。

挤压机6为反式变距螺旋挤压机，包括底座61、设置在底座61下部的电动机62和减速机63、设置在底座61上部的挤压仓64和设置在仓内的螺旋65。挤压仓64一端的上部设置有进料口64a，另一端设置有出料口64b，仓内中部的底壁和顶壁对称设置有挡板64c；螺旋65为相对设置的两组变距螺旋，每组变距螺旋65分为相同的两段，每段螺旋均由螺距d向螺距h过渡，其螺距d为110～155mm，螺距h为45～55mm；在蒙版65的版面均匀设置有直径为8～12mm的圆孔65a。

实施例1：

一种钻井泥浆用膨润土制备方法及其制备装置，包含如下步骤及其实现该步骤的装置：

1、晾晒除杂。将钙基膨润土原矿置于水泥晾晒场进行晾晒，在晾晒过程中进行人工手选除杂，晾晒后物料水份≤20%，物料通过装载车投入固定料斗1。

2、破碎筛分。经晾晒后物料通过第一皮带输送机7a输送至破碎机2，破碎后的物料通过第二皮带输送机7b输送至筛分机3进行筛分，粒径小于10mm的物料进入混碾工序，粒径10～25mm的物料返回重新破碎或用于其他普通产品生产，粒径25mm以上的杂质通过排渣口排出。

3.混碾改性。粒径小于10mm的物料通过第三皮带输送机7c输送至升降料斗4，同时加入矿料质量6.5%的天然碱、1.0%的氧化镁和0.3%的聚丙烯酰胺，经料斗4的提升送入混碾机5先干混2分钟后，再加水混碾5分钟得混合物料，其碾轮53与碾仓52底板之间的间隙f设置为1.5mm，控制混合物料的水分为24%；经混碾后的混合物料通过第四皮带输送机7d输送至挤压机6，经两段变距螺旋挤压改性后，再经蒙版65挤压成圆柱状半成品，螺旋65的螺距d设置为110mm，螺距h设置为45mm，蒙版65的圆孔65a直径设置为8mm。

4、晾晒磨粉包装。将圆柱状半成品自然晾晒至水份≤16.5%，经磨粉机磨粉粒径在0.15mm以下，即可包装为钻井泥浆用膨润土成品。

实施例2：

一种钻井泥浆用膨润土制备方法及其制备装置，包含如下步骤及其实现该步骤的装置：

1、晾晒除杂。将钙基膨润土原矿置于水泥晾晒场进行晾晒，在晾晒过程中进行人工手选除杂，晾晒后物料水份≤20%，物料通过装载车投入固定料斗1。

2、破碎筛分。经晾晒后物料通过第一皮带输送机7a输送至破碎机2，破碎后的物料通过第二皮带输送机7b输送至筛分机3进行筛分，粒径小于10mm的物料进入混碾工序，粒径10～25mm的物料返回重新破碎或用于其他普通产品生产，粒径25mm以上的杂质通过排渣口排出。

3.混碾改性。粒径小于10mm的物料通过第三皮带输送机7c输送至升降料斗4，同时加入矿料质量5.5%的天然碱、1.2%的氧化镁和0.4%的聚丙烯酰胺，经料斗4的提升送入混碾机5先干混2min后，再加水混碾6分钟得混合物料，其碾轮53与碾仓52底板之间的间隙f设置为2.0mm，控制混合物料的水分为25%；经混碾后的混合物料通过第四皮带输送机7d输送至挤压机6，经两段变距螺旋挤压改性后，再经蒙版65挤压成圆柱状半成品，螺旋65的螺距d设置为130mm，螺距h设置为50mm，蒙版65的圆孔65a直径设置为10mm。

4、晾晒磨粉包装。将圆柱状半成品自然晾晒至水份≤16.5%，经磨粉机磨粉粒径在0.15mm以下，即可包装为钻井泥浆用膨润土成品。

实施例3：

一种钻井泥浆用膨润土制备方法及其制备装置，包含如下步骤及其实现该步骤的装置：

1、晾晒除杂。将钙基膨润土原矿置于水泥晾晒场进行晾晒，在晾晒过程中进行人工手选除杂，晾晒后物料水份≤20%，物料通过装载车投入固定料斗1。

2、破碎筛分。经晾晒后物料通过第一皮带输送机7a输送至破碎机2，破碎后的物料通过第二皮带输送机7b输送至筛分机3进行筛分，粒径小于10mm的物料进入混碾工序，粒径10～25mm的物料返回重新破碎或用于其他普通产品生产，粒径25mm以上的杂质通过排渣口排出。

3.混碾改性。粒径小于12mm的物料通过第三皮带输送机7c输送至升降料斗4，同时加入矿料质量5.0%的天然碱、1.5%的氧化镁和0.5%的聚丙烯酰胺，经料斗4的提升送入混碾机5先干混2min后，再加水混碾7分钟得混合物料，其碾轮53与碾仓52底板之间的间隙f设置为2.5mm，控制混合物料的水分为26%；经混碾后的混合物料通过第四皮带输送机7d输送至挤压机6，经两段变距螺旋挤压改性后，再经蒙版65挤压成圆柱状半成品，螺旋65的螺距d设置为155mm，螺距h设置为55mm，蒙版65的圆孔65a直径设置为12mm。

4、晾晒磨粉包装。将圆柱状半成品自然晾晒至水份≤16.5%，经磨粉机磨粉粒径在0.15mm以下，即可包装为钻井泥浆用膨润土成品。

表1为采用本发明实施例1、2和3工艺进行工业生产的钻井泥浆用膨润土产品1、产品2和产品3的性能测试结果。

表1：

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表中的数据显示，采用本发明生产的钻井泥浆用膨润土产品质量优、性能好，特别适用于石油钻井及地质勘探钻井使用的泥浆用膨润土的制备。

Claims (10)

1.一种钻井泥浆用膨润土制备方法，包括晾晒除杂、破碎筛分、混碾改性、晾晒磨粉和包装工序，其特征在于：钙基膨润土原矿料经破碎筛分后，输送至混碾机与钠化剂、辅助添加剂和水进行充分混合碾压，再输送至挤压机挤压改性后，经蒙版挤压得半成品，再经晾晒磨粉包装得钻井泥浆用膨润土成品；所述经破碎筛分后的矿料输送至混碾机，加入钠化剂、辅助添加剂干混2分钟后，再加水混碾5～7分钟得混合物料，控制混合物料水分为24～26%；所述经混碾后的混合物料输送至挤压机，经两段变距螺旋挤压改性后，再经蒙版挤压成圆柱状半成品；所述经挤压改性后的半成品自然晾晒至水分≤16.5%；所述晾晒磨粉后的成品粒径控制在0.15mm以下。

2.根据权利要求1所述的一种钻井泥浆用膨润土制备方法，其特征在于：所述的钠化剂选用天然碱，加入量为矿料质量的5.0%～6.5%，辅助添加剂选用氧化镁和聚丙烯酰胺，加入量分别为1.0%～1.5%和0.3%～0.5%。

3.根据权利要求2所述的一种钻井泥浆用膨润土制备方法，其特征在于：所述的天然碱的成分为碳酸钠50%、碳酸氢钠33%、硫酸钠14%、氯化钠3%。

4.根据权利要求2所述的一种钻井泥浆用膨润土制备方法，其特征在于：所述的氧化镁为≥90%的工业氧化镁，聚丙烯酰胺为PAM886的阴离子聚丙烯酰胺。

5.一种钻井泥浆用膨润土制备装置，包括固定料斗（1）、破碎机（2）、筛分机（3）、升降料斗（4）、混碾机（5）和挤压机（6），其特征在于：第一皮带输送机（7a）的低端设置在固定料斗（1）的出料口，高端设置在破碎机（2）的进料口；第二皮带输送机（7b）的低端设置在破碎机（2）的出料口，高端设置在筛分机（3）的进料口；第三皮带输送机（7c）的低端设置在筛分机（3）出料口，高端设置在升降料斗（4）的进料口；第四皮带输送机（7d）的低端设置在混碾机（5）的出料口，高端设置在挤压机（6）的进料口，挤压机（6）的出料口设置有蒙版（65）。

6.根据权利要求5所述的一种钻井泥浆用膨润土制备装置，其特征在于：混碾机（5）的碾轮与底板之间的间隙f调节至1.5～2.5mm。

7.根据权利要求5所述的一种钻井泥浆用膨润土制备装置，其特征在于：挤压机（6）为反式变距螺旋挤压机，包括底座（61）、设置在底座（61）下部的电动机（62）和减速机（63）、设置在底座（61）上部的挤压仓（64）和设置在仓内的螺旋（65），所述的螺旋（65）为相对设置的两组变距螺旋，每组变距螺旋（65）分为相同的两段，每段螺旋均由螺距d向螺距h过渡。

8.根据权利要求7所述的一种钻井泥浆用膨润土制备装置，其特征在于：所述的挤压仓（64）一端的上部设置有进料口（64a），另一端设置有出料口（64b），仓内中部的底壁和顶壁对称设置有挡板（64c）。

9.根据权利要求7所述的一种钻井泥浆用膨润土制备装置，其特征在于：所述的螺距d为110～155mm，螺距h为45～55mm。

10.根据权利要求5所述的一种钻井泥浆用膨润土制备装置，其特征在于：所述蒙版（65）的版面均匀设置有直径为8～12mm的圆孔（65a）。