抗钙复合膨润土的研制与评价

在地下连续墙、桩基工程等施工过程中,钻井液频繁与混凝土接触,钙离子不断侵入钻井液,钻井液的工作性能会逐渐恶化,在施工结束后会产生大体量的废弃浆液。为提高钻井液的抗钙能力,减少废浆产量,有必要对天然膨润土进行改性处理。优选高速离心法对天然膨润土进行提纯,选用含碳碳双键的亲水性单体BX、含磺酸基团的亲水性单体AS和AP为聚合单体,在提纯后的膨润土层间发生自由基原位聚合反应,合成了抗钙复合膨润土ACB-16。傅立叶红外光谱、粒径分布、扫描电镜和透射电镜结果表明,单体成功在膨润土层间原位聚合。抗钙复合膨润土超过了OCMA级膨润土标准,所配制的钻井液表观黏度为26 mPa·s,API滤失量为7.6 mL,具有合适的流变性和良好的降滤失性,抗钙性能良好:在1%CaCl2污染下,钻井液流变性与滤失性性能稳定,极限抗Ca^(2+)能力可达6300 mg/L(以CaCl2计为1.75%),可完全满足基础工程领域的钻井液抗钙需求。结合粒径分析与扫描电镜方法,分析其作用机理。位于膨润土网架结构中的高分子聚合物阻止Ca^(2+)与膨润土发生离子交换作用,维持膨润土的水化膜厚度及层间距,支撑膨润土水化所形成的网架结构。直接将抗钙复合膨润土与水混合便可得到性能优异的抗钙钻井液,使用方便,在基础工程等领域具有良好的应用前景,也可以为盐膏层防塌钻井液等高钙环境钻井液的设计提供参考价值。