GIÁO TRÌNH DUNG DỊCH KHOAN - XIMĂNG - CHƯƠNG 3 GIA CÔNG HÓA HỌC DUNG DỊCH SÉT potx

NỘI DUNG CHƯƠNG GEOPET I MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU GIA CƠNG HĨA HỌC GIA CƠNG HĨA HỌC DUNG DỊCH SÉT II GIA CÔNG CÁC CHẤT ĐIỆN PHÂN III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ IV ĐIỀU CHỈNH TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH V NGUN TẮC GIA CƠNG HĨA HỌC DUNG DỊCH SÉT 3-2 I MỤC ĐÍCH VÀ U CẦU GIA CƠNG HĨA HỌC Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MỤC ĐÍCH VÀ U CẦU GIA CƠNG HĨA HỌC GEOPET 1.1 Mục đích cơng tác gia cơng hóa học 1.2 u cầu gia cơng hóa học dung dịch Gia cơng hóa học dung dịch sét nhằm: Bao gồm yêu cầu sau: Tạo dung dịch có thơng số thích hợp với điều kiện địa chất Độ nhớt dung dịch dù gia công chất phụ gia khác phải phù hợp với độ nhớt chọn trước Khơi phục tính chất dung dịch bị trình khoan tác dụng đất đá hịa tan, nước khống yếu tố khác; đảm bảo thỏa mãn yêu cầu công tác thiết kế chế độ khoan Bằng cách phải đạt thông số yêu cầu dung dịch với lượng tiêu hao chất phụ gia (phụ gia thừa: không kinh tế ảnh hưởng đến việc điều chỉnh thông số khác dung dịch) Tạo cho dung dịch tính chất đặc biệt cần thiết, ví dụ khoan qua tầng sập lở, trương nở mạnh, nước nặng nề Cần tiến hành thí nghiệm trước phịng để tìm liều lượng chất phụ gia thích hợp, tránh gây lãng phí, thời gian trường Điều kiện thí nghiệm phịng phải tương tự điều kiện ngồi lỗ khoan Sở dĩ đạt mục đích tính chất hóa học, chất phụ gia nồng độ chúng tạo nên phản ứng hóa học dung dịch làm thay đổi tính chất dung dịch ban đầu 3-3 GEOPET Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 3-4 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MỤC ĐÍCH VÀ U CẦU GIA CƠNG HĨA HỌC I MỤC ĐÍCH VÀ U CẦU GIA CƠNG HĨA HỌC GEOPET Thời gian lần đo kiểm tra thông số dung dịch: Thông số Phân loại chất phụ gia Theo tính tan: hịa tan khơng hịa tan; hòa tan chất lỏng hữu Khoảng thời gian lần đo (giờ) Bình thường GEOPET Theo độ bền muối: khơng bền, bền trung bình, bền Phức tạp Độ thải nước (B) Ứng suất trượt tĩnh (θ) 0,5 Tỉ trọng (γ) 0,5 Độ nhớt quy ước (T) 0,5 Hàm lượng cát (Π) 4 Nhiệt độ (to) Theo khả chịu nhiệt: chịu nhiệt không chịu nhiệt Theo công dụng: chất giảm độ thoát nước, chất giảm độ nhớt, chất tạo cấu trúc, chất tạo bọt khử bọt, chất bơi trơn,… Tính chất chất phụ gia thay đổi tùy theo điều kiện nồng độ sử dụng nhóm chất phụ gia chính: Các chất điện phân Các chất keo bảo vệ (các chất ổn định) Các chất với công dụng đặc biệt 3-5 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II GIA CÔNG CÁC CHẤT ĐIỆN PHÂN 3-6 II GIA CÔNG CÁC CHẤT ĐIỆN PHÂN GEOPET Các chất điện phân chất vơ hịa tan nước phân ly ion âm (anion) ion dương (cation) GEOPET Các chất điện phân điển hình gia cơng dung dịch sét: Các chất điện phân hoạt động gây ảnh hưởng dung dịch theo nguyên tắc chung sau: Na2CO3 (xôđa) NaOH (xút) (H+, Các cation chất phản ứng thay cation liên kết hạt sét Ca2+, Al3+), phá vỡ mối liên kết này, gây tượng phân chia nhỏ hạt sét → mức độ phân tán dung dịch sét tăng Với nồng độ định, cation chất phản ứng cịn có khả tạo nên lớp vỏ bảo vệ dày bền xung quanh hạt keo, làm cho tính chất keo dung dịch tốt Na2OnSiO2 (thủy tinh lỏng) Na3PO4 NaCl (muối ăn) Các anion chất phản ứng kết hợp với cation khoáng vật sét vừa giải phóng Sự kết hợp thường gây kết tủa → tránh ảnh hưởng xấu ion giải phóng gây (thường làm giảm tính keo độ ổn định dung dịch) Khi dung dịch giữ trạng thái keo hàng loạt thơng số cải thiện 3-7 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 3-8 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II GIA CÔNG CÁC CHẤT ĐIỆN PHÂN II GIA CÔNG CÁC CHẤT ĐIỆN PHÂN GEOPET 2.1 Natri cacbonat (Na2CO3 - xôđa) GEOPET Chú ý nồng độ Na2CO3 Là chất bột mịn màu trắng đến xám, hút ẩm, dễ hịa tan nước, cần bảo quản nơi khô - 1,5% : độ thải nước độ dày dung dịch sét giảm nhanh, (B = 10 cm3/30'), độ ổn định độ keo tăng Trong dung dịch: Na2CO3 → 2Na+ + CO32- - 3,5% : ứng suất trượt tĩnh độ nhớt tăng lên cực đại (Tmax = 38 – 40 s, Qmax = 50 mg/cm3) Na+ H +, Ca2+, Al3+ Các ion thay ion có khống vật sét, chia nhỏ hạt sét bám quanh chúng tạo nên lớp vỏ bảo vệ chắn Các ion CO32- kết hợp với ion H+, Ca2+, Al3+ vừa giải phóng tạo thành chất kết tủa lắng xuống Ví dụ: CO32- + Ca2+ = CaCO3↓ 3,5% : hạt sét tách khỏi dung dịch, chất lượng dung dịch xấu (độ lắng ngày đêm tăng, độ keo tính ổn định giảm, độ thải nước độ dày vỏ sét tăng ) > 3,5% : lớp vỏ bị phá hủy hồn tồn, khơng cịn khả bảo vệ nữa, dung dịch khơng tồn trạng thái keo Tác dụng: - nồng độ thấp: làm giảm độ thải nước độ dày vỏ sét - nồng độ cao: làm tăng độ nhớt ứng suất trượt tĩnh (Nồng độ 1% nghĩa kg chất phản ứng pha vào 100 lít dung dịch, nồng độ quy ước dùng cho tất chất điện phân) Ngồi Na2CO3 cịn dùng để giảm độ cứng nước 3-9 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II GIA CÔNG CÁC CHẤT ĐIỆN PHÂN 3-10 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II GIA CÔNG CÁC CHẤT ĐIỆN PHÂN GEOPET GEOPET 2.2 Xút ăn da (NaOH) 2.3 Thủy tinh lỏng (Na2OnSiO2) Chất kiềm màu trắng, dạng rắn hay lỏng chứa bao cách ẩm bảo quản nơi khơ Để ngồi trời xút hút ẩm bị chảy Dạng chất lỏng sệt (ρ = 1,36 - 1,5 g/cm3), dễ bị hỏng tác dụng khí CO2 bị đơng cứng nhiệt độ to= 0oC Cần bảo quản thủy tinh lỏng thùng kín để nơi ấm áp (trong kỹ thuật khoan thường dùng n = 2,4 – 3) Khối lượng riêng xút rắn 2,13 g/cm3 Ảnh hưởng xút dung dịch sét tương tự xôđa, không tạo thành chất kết tủa NaOH dễ hấp phụ thành lỗ khoan làm đất đá thành lỗ khoan ổn định chất lượng dung dịch giảm Ảnh hưởng chủ yếu thủy tinh lỏng tăng ứng suất trượt tĩnh độ nhớt dung dịch Dung dịch dùng để rửa lỗ khoan tầng nước Ngoài thủy tinh lỏng dùng để pha chế hỗn hợp đông nhanh trám lỗ khoan Nồng độ pha chế thủy tinh lỏng: – - 5%: tăng khả chịu nhiệt dung dịch khoan, chuyển cation kim loại hóa trị cao thành hợp chất khó tan, khơng hoạt tính – 0,1 - 1%: giảm độ nhớt dung dịch không chứa muối 3-11 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 3-12 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II GIA CƠNG CÁC CHẤT ĐIỆN PHÂN Natri phốt phát (Na3PO4) có dạng bột, màu trắng, dễ hịa tan nước Nó chứa bao cách ẩm bảo quản nơi khô Ảnh hưởng natri phốtphát nồng độ pha vào dung dịch sét tương tự Na2CO3 Nó tạo thành hợp chất kết tủa Ca2+ Mg2+ Vì Na3PO4 sử dụng chủ yếu để giảm độ cứng nước Ngồi Na3PO4 cịn nhiều loại phốt phát tổng hợp khác phức tạp hơn, ví dụ tripơli phốt phat Na(Na5P3O10), pirơphơtphat Na(Na4P2O7) dạng bột màu trắng hòa tan tốt nước Chúng dùng chủ yếu để hạ độ nhớt dung dịch (khi khoan qua tầng sét dày) với nồng độ pha chế không lớn 1,2% Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ Muối ăn có tác dụng hạ nhiệt độ đóng băng dung dịch Muối ăn cịn dùng để phịng ngừa đơng tụ nước rửa khoan tầng vôi tầng đất đá acgilit, alêrôlit (nồng độ 0,5 - 3%) để tăng ứng suất trượt tĩnh dung dịch xử lý chất keo bảo vệ tùy theo trường hợp mà nồng độ thay đổi từ - 26% Ngồi chất kể trên, vơi sống, xi măng thuộc nhóm chất điện phân Vôi sống pha vào dung dịch trường hợp phải tăng nhanh độ nhớt dung dịch mà cách khác Xi măng sử dụng vôi sống để tăng độ nhớt dung dịch với nồng độ cao Nhược điểm xi măng làm tăng tỷ trọng dung dịch 3-14 GEOPET Các chất keo bảo vệ điển hình gia công dung dịch sét: Chất phản ứng kiềm than nâu Chất phản ứng kiềm than bùn Axit lignosulfonit (bã rượu sunfit) Do khả phân tán chia nhỏ bám xung quanh hạt sét tạo nên lớp vỏ bảo vệ mà chất keo bảo vệ làm cho hạt sét khơng bị dính lại với nhau, dung dịch giữ trạng thái keo tốt Qua nghiên cứu, người ta thấy chất keo bảo vệ có tác dụng giảm độ nước, độ dày vỏ sét tăng độ ổn định, độ keo dung dịch Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ GEOPET Khi trộn lẫn chất hữu với kiềm, trước tiên thành phần axit hữu chứa chúng tác dụng với kiềm, tạo thành loại muối hữu tương ứng Các muối hữu thường dễ dàng hòa tan nước, tạo thành dung dịch keo hạt nhỏ bị bao bọc lớp vỏ bảo vệ, có khả bám lên bề mặt hạt sét, tạo nên lớp vỏ bảo vệ xung quanh hạt 3-15 GEOPET 2.5 Muối ăn (NaCl) 2.4 Natri phốt phát (Na3PO4) 3-13 II GIA CÔNG CÁC CHẤT ĐIỆN PHÂN GEOPET Carboxymetyl cenlullose (CMC) Tinh bột 3-16 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ 3.1 Chất phản ứng kiềm than nâu Kiềm than nâu (KTN) hỗn hợp hóa học dung dịch NaOH than nâu Than nâu loại than có nguồn gốc hữu cơ, dạng bột màu nâu với kích thước hạt từ - 5mm Than nâu chứa axit hữu tên axit humic Ở thể khô, than nâu có khối lượng 0,8 – 1kg/lít Dung dịch axit humic kiềm chất tạo keo làm tốt chất lượng dung dịch Qua nghiên cứu thử nghiệm, người ta thấy thành phần muối hữu (humátnatri) kết hợp axit humic kiềm tạo thành chất háo nước có khả hoạt động bề mặt hạt sét 3-17 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ Na2CO3 + H2O = 2NaOH + CO2↑ Khí CO2 bị bay đi, lại NaOH tác dụng với than nâu xét Như để đạt khối lượng xút theo tính tốn, cần phải tốn xơđa lớn hai lần theo trọng lượng Thí dụ để gia công 1m3 chất phản ứng kiềm than với tỷ lệ 180:20, cần phải đổ vào thùng trộn 40kg xôđa, 180kg than nâu đổ đầy nước với nhiệt độ 85 đến 100oC Khuấy trộn đun sôi hỗn hợp khoảng 15 phút Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET Khi gia công dung dịch sét chất phản ứng KTN, hạt muối hữu bám lên bề mặt hạt sét tạo thành lớp vỏ bảo vệ khơng cho hạt sét dính lại với Đồng thời làm cho độ thải nước, độ dày vỏ sét, ứng suất trượt tĩnh độ nhớt dung dịch sét bị hạ, độ ổn định độ keo tăng lên Thành phần chất phản ứng kiềm than biểu thị hai chữ số, thí dụ 180: 20 có nghĩa 1m3 chất phản ứng kiềm than chứa 180kg than nâu thơ 20kg xút Nếu sử dụng than nâu ẩm tính tốn khối lượng theo thể khơ cách nhân với đại lượng W độ ẩm than nâu (%) Thí dụ: 100kg than nâu ẩm, với độ ẩm W = 30% tương ứng với 70kg than nâu khô 3-18 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ GEOPET Nếu khơng có xút ăn da, gia công chất phản ứng kiềm than xôđa Khi đun sơi xơđa natri hyđrơxit khí cacbonic tạo thành theo cơng thức: 3-19 III GIA CƠNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ GEOPET GEOPET Ngoài cách gia công chất phản ứng kiềm than thể lỏng trên, người ta cịn tạo dạng bột nhão cách tăng lượng than nâu, xút lên hai, ba bốn lần giảm lượng nước tùy theo độ đặc Chất phản ứng chế tạo dạng bột nhão dễ chuyên chở tận dụng thành phần cịn lại Trong thực tế, người ta sản xuất chất phản ứng kiềm than cách đơn giản: đổ tất thành phần hỗn hợp tính toán vào thùng trộn, cho máy trộn làm việc khoảng đến xả hỗn hợp vào bể chứa, để yên tĩnh ngày đêm đem sử dụng 3-20 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ Để sản xuất dung dịch sét chất phản ứng kiềm than, người ta cho trước lượng chất phản ứng nước lã vào thùng trộn, cho máy làm việc đổ đất sét vào Thời gian máy làm việc tùy thuộc dung tích thùng trộn yêu cầu cụ thể thông số dung dịch Nồng độ pha chế vào dung dịch chất keo bảo vệ tính theo lít/1m3 dung dịch Nồng độ cụ thể phải xác định thực nghiệm Với chất phản ứng kiềm than nâu, nồng độ pha chế thường từ 150 đến 200 lít/1m3 dung dịch 3-21 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ Để sản xuất 1m3 chất phản ứng kiềm than bùn, chi phí vật liệu cách sản xuất nói chung sản xuất 1m3 chất phản ứng kiềm than nâu, thành phần xút thường từ 20 đến 30 kg Nồng độ pha chế kiềm than bùn vào dung dịch khoảng 150 đến 200 lít/1m3 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET 3.2 Chất phản ứng kiềm than bùn Kiềm than bùn (KTB) hỗn hợp hóa học dung dịch xút than bùn Than bùn loại than có nguồn gốc hữu cơ, màu nâu tối, dạng lớp phân phiến với kích thước từ đến 5cm Ngồi đặc điểm cấu tạo, đặc tính khác than bùn tương tự than nâu Khi trộn lẫn than bùn với dung dịch xút tạo thành muối hữu (humát natri) Sự hoạt động ảnh hưởng dung dịch phân tích chất kiềm than nâu Đặc biệt có đặc điểm cấu tạo riêng nên dễ dàng làm tăng độ nhớt dung dịch sét 3-22 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ GEOPET Dung dịch gia công chất phản ứng kiềm than bùn dùng để rửa lỗ khoan khoan tầng nước rửa tốt, có độ thải nước nhỏ, độ nhớt cao Ngồi ra, bị khuấy trộn, lớp than bùn phân phiến chuyển sang dạng sợi, có khả bịt kín kẽ nứt nhỏ Dung dịch gia cơng chất phản ứng kiềm than có độ thải nước nhỏ – cm3/30’ 3-23 III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ GEOPET GEOPET 3.3 Axit lignosulfonit (bã rượu sunfit) Axit lignosulfonit có nhiều chất thải công nghiệp thủy phân (công nghiệp chế biến giấy từ gỗ cơng nghiệp chế biến rượu) Nó chất lỏng sánh, màu nâu tối, tỷ trọng khoảng 1,2 - 1,3 g/cm3, chứa khoảng 50% chất khô Có người ta chế tạo chất dạng đóng băng Axít hữu lignosulfonit, dễ dàng chuyển sang dung dịch keo chất hoạt động bề mặt Khi cho chất vào môi trường kiềm (NaOH), axit lignosulfonit tác dụng với kiềm, tạo thành muối axit lignosulfonit có tác dụng làm ổn định dung dịch Chú ý: axit lignosulfonit phải pha lỗng (chất khơ chiếm 20 đến 30%) đặc q bã rượu sunfít dễ dàng bị đông tụ tác dụng với xút biến thành chất không tan 3-24 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ GEOPET GEOPET Ảnh hưởng chất phản ứng kiềm axít lignosulfonit dung dịch sét tương tự kiềm than nâu kiềm than bùn, nghĩa làm giảm độ thải nước, độ dày vỏ sét, tăng độ ổn định v.v với hiệu thấp Với đặc điểm ảnh hưởng trên, lignosulfonat thường sử dụng để gia công dung dịch nước biển khoan qua tầng chứa muối khoan vào vỉa có áp suất thấp So với kiềm than nâu kiềm than bùn chất có điểm khác sau đây: Dung dịch gia cơng lignosulfonat có ưu điểm khơng làm sét bị trương nở khoan qua Trong trường hợp đó, dung dịch có độ nhớt giảm xuống lignosulfonat coi chất để pha loãng dung dịch – Khi có mặt muối, chất phản ứng lignosulfonat không làm tăng mà tiếp tục giảm độ thải nước dung dịch: giá trị nhỏ độ thải nước đạt – cm3/30’ Nhưng khả làm giảm độ thải nước chất phản ứng dễ thay đổi có thay đổi nồng độ muối giảm bớt hay tăng nồng độ làm độ thải nước dễ dàng tăng lên – Chất phản ứng lignosulfonat luôn tạo bọt chế tạo dùng để gia cơng dung dịch, làm bão hịa, hạ khối lượng riêng dung dịch giảm khả nạp đầy máy bơm 3-25 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ Trình tự sản xuất chất phản ứng lignosulfonat sau: - Đổ nước nóng (70 đến 80oC) đến 2/3 dung tích thùng trộn 1m3, đổ 380 kg axit lignosulfonit dạng mảnh nhỏ vào cho máy làm việc - Sau 30 phút khuấy trộn, đổ dung dịch xút (ρ = 1,18 g/cm3) theo lượng tính tốn đổ nước đến miệng thùng trộn 3-26 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ GEOPET GEOPET - Khuấy trộn chất phản ứng thêm 15 đến 20 phút đổ vào thùng chứa kim loại gỗ Nồng độ pha chế chất lignosulfonat vào dung dịch sét từ 30 đến 150 kg/1m3 Định lượng tốt xác định thực nghiệm Để giảm tượng tạo bọt, người ta đổ vào lượng dầu rượu tạp thích hợp từ 0,05 đến 0,3% theo thể tích Ngồi chất chủ yếu trên, nhóm chất keo bảo vệ nhiều chất như: chất phản ứng kiềm kết hợp, tinh bột v.v Nếu axit lignosulfonit thể lỏng người ta sản xuất trực tiếp thùng chứa phương pháp thủ công (khuấy tay) sử dụng nước có nhiệt độ bình thường Xút đổ vào theo tính toán từ 45 - 60kg thể lỏng (nồng độ 50%) Để giảm tượng tạo bọt pha chất kiềm bã rượu sunfít vào dung dịch sét, người ta cho thêm lượng dầu mỏ, dầu rượu tạp, dầu nhựa cây, chất xúc tát đen trung tính v.v với tỷ lệ 0,05% theo dung tích 3-27 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Chất phản ứng kiềm kết hợp gồm 90% than nâu, 7% NaOH, 3% axit lignosulfonit theo khối lượng chất khơ đơn vị thể tích chất phản ứng Chất phản ứng kiềm kết hợp khơng cịn nhược điểm kiềm than nâu kiềm than bùn Khi xử lý dung dịch sét chất phản ứng kiềm kết hợp, độ thải nước giảm xuống, độ nhớt tăng không đáng kể, độ dày vỏ sét nằm giới hạn cho phép không sinh bọt 3-28 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ GEOPET GEOPET 3.4 Carboxymetyl cenlullose (CMC) 3.5 Tinh bột CMC sản phẩm nhân tạo, loại dung dịch nhớt, đục hòa tan tốt nước Nó làm giảm độ thải nước độ nhớt dung dịch đất sét Tùy theo thành phần khoáng vật muối, bảo vệ tốt dung dịch sét khỏi bị ngưng kết muối gây Vì CMC quý khoan qua đất đá có muối Tinh bột chất cao phân tử, công thức chung (C6H10O5)n Tinh bột không tan nước lạnh mà hịa tan nước nóng hay mơi trường kiềm Người ta thường dùng CMC với nồng độ 10-50 kg/m3dd Chất phản ứng dùng hạn chế giá thành cao Khi tăng liều lượng, CMC không làm giảm chất lượng dung dịch sét Trong thực tế rửa lỗ khoan dung dịch nước lã pha CMC 3-29 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ Tinh bột dùng làm chất phản ứng sau kết hợp với NaOH Thành phần chất phản ứng theo khối lượng thường 10% tinh bột 1-2% NaOH Để điều chế chất phản ứng, người ta trộn NaOH vào nước, sau khuấy trộn kỹ đổ tinh bột vào Quá trình điều chế tiến hành nhiệt độ 60-650C Với tỉ lệ thành phần trên, chất phản ứng có độ nhớt cao Nhưng sau khuấy trộn, giảm xuống Chất phản ứng để sau ngày đêm biến thành xirô đặc dùng để gia công dung dịch tốt 3-30 III GIA CÔNG CÁC CHẤT KEO BẢO VỆ GEOPET Khi gia công dung dịch, tinh bột làm giảm độ nước mạnh khơng phụ thuộc vào độ khống hóa dung dịch Lượng chất phản ứng sử dụng nhiều so với axit lignosulfonit Điều làm dễ dàng cho việc gia cơng nhanh chóng thu thơng số cần thiết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET Để tránh tượng lên men, dùng phương pháp sau: + Tăng hàm lượng muối dung dịch (có thể tăng >20% NaCl) + Thêm vào dung dịch chất chống lên men (CaCl2, formalin) + Giữ tinh bột môi trường kiềm cao (độ pH>12) Nhược điểm - Giá thành đắt tinh bột sản phẩm công nghiệp thực phẩm - Dung dịch gia cơng tinh bột thường có độ nhớt ứng suất trượt tĩnh cao Để làm giảm độ nhớt thêm vào dung dịch chất phản ứng axit lignosulfonit với tỉ lệ 5-6% Trộn tinh bột vào dung dịch xút chất phản ứng có tác dụng làm giảm độ thải nước dung dịch điều kiện đất đá bị nhiễm mặn đồng thời làm cho độ nhớt dung dịch tăng lên - Tinh bột dễ bị lên men bị rữa Do độ thoát nước lại tăng lên, dung dịch bị sủi bọt có khí CO2 sinh q trình lên men - Tinh bột không bền nhiệt ( 12% làm lỗng dung dịch; q khơ tốn hao lượng sấy, dễ dính vào lắng đọng Thơng thường độ ẩm chất làm nặng tùy điều kiện khô ướt từ – 12% Tăng trọng lượng riêng • Bổ sung chất làm nặng • Tùy theo tỷ trọng, chất làm nặng chia thành nhóm: – Hàm lượng muối: phải thấp để tránh gây ngưng kết dung dịch Yêu cầu: muối hóa trị ≤ 0,35%, muối hóa trị ≤ 0,05% – Nhóm (γ ≈ 3): sét, bột phấn, đá vơi… – Nhóm (γ ≈ 3,8 – 5): barit quặng sắt hematit, manhetit Hematit (Fe2O3) có độ cứng cao gây mài mịn thiết bị Manhetit (FeOFe2O3-Fe3O4) có từ tính, dễ bám vào cần khoan ống chống, làm bó hẹp giếng khoan dễ gây kẹt cần 3-35 – Nhóm (γ ≈ – 7): hợp chất sắt-mangan, sắt-phốtpho Nhìn chung khơng sử dụng phân hủy tạo sản phẩm dễ nổ dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung độc 3-36 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHỈNH TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH IV ĐIỀU CHỈNH TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH GEOPET • Điều kiện để điều chế dung dịch nặng: GEOPET 4.2 Điều chỉnh độ nhớt ứng suất trượt tĩnh – Đảm bảo dung dịch giữ chất làm nặng trạng thái lơ lửng: điều chỉnh độ nhớt ứng suất trượt tĩnh trước bổ sung chất làm nặng Theo kinh nghiệm: B < 10 cm3/30’, θ = 25-50 mG/cm2 – Làm mềm dung dịch xôđa natri phốtphát Độ nhớt ứng suất trượt tĩnh dung dịch ảnh hưởng lớn đến tốc độ hiệu công tác khoan chi phối phần đến tính chất khác dung dịch Điều chỉnh độ nhớt – Nắm đặc điểm địa chất yêu cầu dung dịch Khi khoan đất đá bền vững cần độ nhớt thấp, khoan đất đá sập lở, nước cần tăng độ nhớt dung dịch – Có thể thấm ướt chất làm nặng trước gia công Tăng độ nhớt: bổ sung sét chất tạo cấu trúc: muối ăn, thủy tinh lỏng Cần làm thí nghiệm để xác định nồng độ phù hợp tính chất dung dịch thay đổi thừa chất Giảm trọng lượng riêng • Pha loãng dung dịch với nước Giảm độ nhớt: thêm nước chất giảm độ nhớt: linhosulfonat Fe-Cr, oxit linhin, tananh tổng hợp • Thay tồn dung dịch dung dịch tỷ trọng nhỏ • Thêm chất tạo bọt, dùng dung dịch gốc dầu… 3-37 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHỈNH TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH 3-38 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHỈNH TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH GEOPET GEOPET Điều chỉnh ứng suất trượt tĩnh 4.3 Giảm độ thải nước Sử dụng đường cong pha loãng theo phương pháp Giukhovitski để xác định trạng thái dung dịch: ngưng kết thừa (quá ngưng kết), ngưng kết tốt ổn định thừa (kém ngưng kết) Độ thải nước dung dịch phụ thuộc nhiều vào nồng độ loại muối hòa tan Nồng độ muối cao độ thải nước lớn khó điều chỉnh Tăng ứng suất trượt tĩnh (khi dung dịch ngưng kết): giảm nồng độ chất ổn định, giảm khả bảo vệ chất ổn định, tăng tỷ lệ sét Giảm ứng suất trượt tĩnh (khi dung dịch ngưng kết): thêm nước, bổ sung chất ổn định, lưu ý nồng độ muối dung dịch để chọn chất ổn định phù hợp 3-39 Để giảm độ thải nước, dùng chất điện phân chất keo bảo vệ – Chất điện phân chứa ion Na+ thay ion Ca2+ (hoặc kim loại hóa trị cao khác) làm cho sét dễ trương nở, tăng độ phân tán, hạt keo sét có lớp vỏ OH dày bền vững θ Ngưng kết thừa ưn Ng gk tố ết t – Chất keo bảo vệ: sử dụng tùy thuộc nồng độ muối • Dung dịch có nhiều muối: dùng bã rượu sunfit, tinh bột, KTN, polime… Ổn định thừa • Dung dịch có muối (nồng độ 3-5%): dùng KTN dùng kiềm kết hợp • Dung dịch khơng muối: dùng KTN T Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 3-40 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết V NGUN TẮC GIA CƠNG HĨA HỌC DUNG DỊCH SÉT Khi gia cơng hóa học dung dịch sét, phải tuân theo nguyên tắc sau 5.1 Q trình gia cơng: tiến hành theo hai bước: gia công lần đầu gia công lần thứ hai Gia công lần đầu tiến hành bắt đầu khoan cần thay dung dịch nhằm tạo cho dung dịch tính chất cần thiết ứng với điều kiện cụ thể Muốn thực bước gia cơng lần đầu, phải làm thí nghiệm, thay đổi thành phần, tỷ lệ pha chế để định thành phần tỷ lệ pha chế xác định Dùng thành phần tỷ lệ gia công khối lượng dung dịch sét đủ để bắt đầu khoan đủ để thay 3-41 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết V NGUN TẮC GIA CƠNG HĨA HỌC DUNG DỊCH SÉT V NGUN TẮC GIA CƠNG HĨA HỌC DUNG DỊCH SÉT GEOPET Gia công lần thứ hai nhằm khơi phục tính chất dung dịch gia cơng lần đầu, bị thay đổi tác dụng đất đá khoan qua, nước khoáng v.v Khi gia công lần hai, người ta thêm chất phản ứng thích hợp theo chu kỳ khơi phục tính chất có dung dịch Cần ý dù gia công lần đầu hay lần hai phải kịp thời Nếu gia cơng lần đầu với mục đích ngăn ngừa khó khăn điển hình tầng định việc gia cơng phải hồn thành trước gặp tầng Gia công lần hai vậy, không kịp thời, trở nên vơ hiệu thay đổi tính chất dung dịch khơng phù hợp với thay đổi tính chất đất đá 3-42 theo nhiều thông số khác thay đổi Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết V NGUYÊN TẮC GIA CƠNG HĨA HỌC DUNG DỊCH SÉT GEOPET 5.2 Sự thay đổi thông số dung dịch thường kéo GEOPET GEOPET 5.3 Khi chọn chất hóa học, tính chất liều lượng chúng phải vào ba yếu tố sau: Mục đích gia cơng hóa học đạt thông số yêu cầu dung dịch với mức tiêu tốn chất phản ứng (ý nghĩa kinh tế) khơng khó khăn gia cơng dung dịch lần hai Ví dụ: khoan qua tầng sét, trọng lượng riêng dung dịch tăng độ nhớt, ứng suất trượt tĩnh dung dịch tăng v.v Do trường hợp yêu cầu thơng số dung dịch thay đổi phải dùng hai hay nhiều chất hóa học để chất đồng thời điều chỉnh thông số khác dung dịch Liều lượng pha chế chất phản ứng xác định từ trước dùng cho lần gia cơng sau Những kinh nghiệm tích lũy giúp cho việc chọn chất phản ứng chừng mực Cơng thức pha chế nồng độ chất phản ứng phụ thuộc vào số lớn yếu tố, khơng thể tính tốn trước Liều lượng pha chế chất phải xác định thực nghiệm lỗ khoan thí nghiệm với điều kiện hoàn toàn giống lỗ khoan (nhiệt độ đáy, mức độ phức tạp v.v ) 3-43 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 3-44 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết CÂU HỎI GEOPET GEOPET Trình bày đặc điểm, tính chất tác dụng chất keo bảo vệ thông thường gia cơng hóa học dung dịch khoan: KTN, KTB, bã rượu sunfit, CMC, tinh bột Nguyên tắc điều chỉnh tỷ trọng, độ nhớt ứng suất trượt tĩnh dung dịch? Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Trình bày đặc điểm, tính chất tác dụng chất điện phân thông thường gia cơng hóa học dung dịch khoan: xơđa, xút, thủy tinh lỏng, natri phốtphát, muối ăn 3-45 KẾT THÚC CHƯƠNG Mục đích yêu cầu cơng tác gia cơng hóa học dung dịch khoan gì? Các ngun tắc chủ yếu gia cơng hóa học dung dịch? Giảm độ thải nước phụ gia nào? 3-46 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết ... dung dịch dung dịch tỷ trọng nhỏ • Thêm chất tạo bọt, dùng dung dịch gốc dầu… 3- 3 7 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHỈNH TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH 3- 3 8 Dung dịch khoan & ximăng. .. ăn 3- 4 5 KẾT THÚC CHƯƠNG Mục đích u cầu cơng tác gia cơng hóa học dung dịch khoan gì? Các ngun tắc chủ yếu gia cơng hóa học dung dịch? Giảm độ thải nước phụ gia nào? 3- 4 6 Dung dịch khoan & ximăng. .. thiện 3- 7 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 3- 8 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II GIA CÔNG CÁC CHẤT ĐIỆN PHÂN II GIA CÔNG