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在工业领域,膨润土作为一种重要的矿物原料,用途广泛,而造浆率是衡量其质量与应用效果的关键指标,尤其是在钻井液材料应用中,造浆率的高低直接影响着钻井作业的效率与成本。
一、造浆率的定义
造浆率是指膨润土颗粒在水中充分分散形成悬浮液,且该悬浮液表观粘度达到15×10⁻³Pa·s时,每吨膨润土所能制备的泥浆体积(单位为m³/t )。它之所以重要,是因为在钻井过程中,优质的泥浆是保障钻井顺利进行的基础。良好的造浆率意味着能以较少的膨润土用量获得足够体积的泥浆,从而降低材料成本,同时保证泥浆具备合适的性能,如携带岩屑、冷却钻头、润滑钻具以及稳定井壁等。
二、钠质与钙质膨润土造浆率差异
一般来说,钠质膨润土的造浆性能要优于钙质膨润土。这源于两者晶体结构中阳离子的差异,钠质膨润土晶层间以钠离子为主,其水合半径相对较大,遇水时能更有效地撑开晶层,使膨润土颗粒更易分散在水中,形成均匀稳定的悬浮液,进而表现出更高的造浆率。而钙质膨润土晶层间阳离子以钙离子为主,钙离子的水合能力相对较弱,在造浆过程中,颗粒分散程度不如钠质膨润土,导致造浆率偏低。
三、造浆率的计算方法
计算造浆率有着特定的公式和方法。公式为:造桨率(m³/t)=水的体积(mL)/土的质量(g)+1/土的密度 。实际测试时,通常需要配制三杯表观粘度在10 - 25×10⁻³Pa·s范围内的泥浆。将配制好的泥浆搅拌后静止放置16h,这是为了让膨润土颗粒充分水化和稳定。之后再次搅拌并测试粘度,把测试得到的三点数据在单对数坐标纸上标出位置并连线,通过这种方式,能够较为准确地在坐标上求出表观粘度为15×10⁻³Pa·s时的加土量,进而计算出造浆率。
四、膨润土保存要点
除了了解造浆率的概念和计算方法,膨润土的保存与使用注意事项也不容忽视。在保存方面,膨润土必须做好防水、防潮措施,因为一旦受潮,水分会提前引发膨润土的水化膨胀,使其性能下降,严重时甚至无法正常造浆。同时,要避免强烈阳光暴晒,紫外线和高温会破坏膨润土的晶体结构,影响其造浆性能。存放时不能直接与地面接触,可采用托盘或垫板垫高,防止地面湿气侵蚀导致变质。
五、膨润土使用须知
在使用过程中,严禁隔夜使用搅拌好的膨润土。随着时间推移,泥浆中的膨润土颗粒会逐渐发生团聚或沉淀,导致泥浆性能改变,造浆率下降,无法满足钻井等作业的要求。搅拌后的膨润土存放时需专人看管,防止他人误操作或误用,以免引发安全事故或影响工程质量。另外,要严禁踩踏搅拌好的膨润土,也禁止机器设备等重物来回碾压。这是因为外力挤压会破坏膨润土颗粒的结构和分散状态,使其失去原有的造浆特性,造成材料浪费。
只有深入了解膨润土的造浆率,严格把控其保存和使用环节,才能充分发挥膨润土的性能优势,提高工业生产效率,降低生产成本,确保相关工程的顺利开展 。
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