Dichte der Bentonitsuspension
1. Klassifizierung und Leistung von Schlämmen
1.1 Klassifizierung
Bentonit, auch Bentonitgestein genannt, ist ein Tongestein mit einem hohen Anteil an Montmorillonit, das häufig geringe Mengen an Illit, Kaolinit, Zeolith, Feldspat, Calcit usw. enthält. Bentonit lässt sich in drei Typen unterteilen: Natrium-Bentonit (für alkalische Böden), Calcium-Bentonit (ebenfalls für alkalische Böden) und natürliche Bleicherde (für saure Böden). Calcium-Bentonit kann wiederum in Calcium-Natrium- und Calcium-Magnesium-Bentonite unterteilt werden.
1.2 Leistung
1) Physikalische Eigenschaften
Bentonit ist in der Natur weiß und hellgelb, kommt aber auch in Hellgrau, Hellgrün, Rosa, Braun, Rot, Schwarz usw. vor. Die Steifigkeit von Bentonit variiert aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften.
2) Chemische Zusammensetzung
Die Hauptbestandteile von Bentonit sind Siliciumdioxid (SiO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Wasser (H₂O). Der Gehalt an Eisenoxid und Magnesiumoxid ist mitunter ebenfalls hoch, und Calcium, Natrium und Kalium sind häufig in unterschiedlichen Mengen in Bentonit enthalten. Der Gehalt an Na₂O und CaO im Bentonit beeinflusst dessen physikalische und chemische Eigenschaften sowie die Verarbeitungstechnologie.
3) Physikalische und chemische Eigenschaften
Bentonit zeichnet sich durch seine optimale Hygroskopizität aus, d. h. durch seine Ausdehnung nach Wasseraufnahme. Die Ausdehnungszahl bei Wasseraufnahme erreicht bis zu 30-fach. Es lässt sich in Wasser dispergieren und bildet eine viskose, thixotrope und schmierende kolloidale Suspension. Nach dem Vermischen mit feinen Bestandteilen wie Wasser, Schlamm oder Sand wird es formbar und klebrig. Es kann verschiedene Gase, Flüssigkeiten und organische Substanzen absorbieren, wobei die maximale Adsorptionskapazität das Fünffache seines Eigengewichts erreichen kann. Die oberflächenaktive Säurebleicherde kann Farbstoffe adsorbieren.
Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Bentonit hängen hauptsächlich von der Art und dem Gehalt des enthaltenen Montmorillonits ab. Im Allgemeinen weist natriumbasierter Bentonit bessere physikalische und chemische Eigenschaften sowie eine höhere technologische Leistungsfähigkeit auf als calcium- oder magnesiumbasierter Bentonit.
2. Kontinuierliche Messung der Bentonitsuspension
DerLonnmeterim EinklangbentoniteslurryDichteMeterist ein Online-ZellstoffdichtemessgerätDie Dichte einer Suspension wird häufig in industriellen Prozessen eingesetzt. Sie bezeichnet das Verhältnis des Gewichts der Suspension zum Gewicht eines bestimmten Wasservolumens. Die vor Ort gemessene Suspensionsdichte hängt vom Gesamtgewicht der Suspension und des darin enthaltenen Bohrkleins ab. Gegebenenfalls ist auch das Gewicht von Zusatzmitteln zu berücksichtigen.
3. Anwendung von Suspensionen unter verschiedenen geologischen Bedingungen
Es ist schwierig, in Schichten aus Sand, Kies, Geröll und Bruchzonen Löcher zu bohren, um die Bindungseigenschaften zwischen den Partikeln zu verbessern. Der Schlüssel zur Lösung des Problems liegt in der Erhöhung der Bindungskräfte zwischen den Partikeln, wobei die Suspension als Schutzschicht in solchen Schichten dient.
3.1 Einfluss der Schlammdichte auf die Bohrgeschwindigkeit
Die Bohrgeschwindigkeit nimmt mit steigender Schlammdichte ab. Insbesondere bei Schlammdichte über 1,06–1,10 g/cm³ sinkt die Bohrgeschwindigkeit deutlich.3Je höher die Viskosität der Suspension ist, desto geringer ist die Bohrgeschwindigkeit.
3.2 Einfluss des Sandgehalts in der Suspension auf das Bohren
Der Anteil an Gesteinsbruchstücken in der Bohrsuspension birgt Risiken beim Bohren, da er zu unzureichend gereinigten Bohrlöchern und anschließendem Festfressen führen kann. Zudem kann er Saug- und Druckschwankungen verursachen, die Leckagen oder einen Bohrlocheinsturz zur Folge haben können. Der hohe Sandanteil und die dicke Sedimentschicht im Bohrloch führen durch Hydratation zum Einsturz der Bohrlochwand und begünstigen das Ablösen der Suspensionshaut, was zu Unfällen im Bohrloch führen kann. Gleichzeitig verursacht der hohe Sedimentanteil starken Verschleiß an Rohren, Bohrmeißeln, Zylinderlaufbuchsen der Wasserpumpe und Kolbenstangen, wodurch deren Lebensdauer verkürzt wird. Daher sollten unter der Voraussetzung eines ausgeglichenen Formationsdrucks die Suspensionsdichte und der Sandanteil so weit wie möglich reduziert werden.
3.3 Schlammdichte in weichem Boden
In weichen Bodenschichten kann eine zu geringe Schlammdichte oder eine zu hohe Bohrgeschwindigkeit zum Einsturz des Bohrlochs führen. Es empfiehlt sich, die Schlammdichte bei 1,25 g/cm³ zu halten.3in dieser Bodenschicht.
4. Gängige Suspensionsrezepturen
In der Ingenieurwissenschaft gibt es viele Arten von Schlämmen, die sich anhand ihrer chemischen Zusammensetzung in folgende Typen einteilen lassen. Die Dosierung erfolgt nach folgendem Verfahren:
4.1 Na-Cmc (Natriumcarboxymethylcellulose)-Suspension
Diese Tonsuspension ist die gebräuchlichste Viskositätserhöhungssuspension. Na-CMC trägt zusätzlich zur Viskositätserhöhung und Reduzierung des Wasserverlusts bei. Die Zusammensetzung ist: 150–200 g hochwertiger Tonschlamm, 1000 ml Wasser, 5–10 kg Soda und ca. 6 kg Na-CMC. Die Eigenschaften der Suspension sind: Dichte 1,07–1,1 g/cm³, Viskosität 25–35 s, Wasserverlust unter 12 ml/30 min, pH-Wert ca. 9,5.
4.2 Eisen-Chrom-Salz-Na-Cmc-Suspension
Diese Suspension zeichnet sich durch eine starke Viskositätserhöhung und Stabilität aus. Eisen-Chrom-Salz verhindert die Ausflockung (Verdünnung). Die Zusammensetzung ist: 200 g Ton, 1000 ml Wasser, ca. 20 % reine Alkalilösung (50 %), 0,5 % Ferrochrom-Salzlösung (20 %) und 0,1 % Na-CMC. Die Eigenschaften der Suspension sind: Dichte 1,10 g/cm³, Viskosität 25 s, Wasserverlust 12 ml/30 min, pH-Wert 9.
4.3 Ligninsulfonat-Suspension
Ligninsulfonat wird aus Sulfitzellstoffabfällen gewonnen und dient in der Regel in Kombination mit einem Kohlealkali-Mittel zur Verbesserung der Flockungshemmung und des Wasserverlusts der Suspension durch Viskositätserhöhung. Die Rezeptur lautet: 100–200 kg Ton, 30–40 kg Sulfitzellstoffabfälle, 10–20 kg Kohlealkali-Mittel, 5–10 kg NaOH, 5–10 kg Entschäumer und 900–1000 l Wasser für 1 m³ Suspension. Die Suspensionseigenschaften sind: Dichte 1,06–1,20 g/cm³, Trichterviskosität 18–40 s, Wasserverlust 5–10 ml/30 min. Zur weiteren Reduzierung des Wasserverlusts können während des Bohrvorgangs 0,1–0,3 kg Na-CMC zugegeben werden.
4.4 Huminsäuresuspension
Huminsäuresuspension wird mit einem Kohlealkali-Mittel oder Natriumhumat stabilisiert. Sie kann in Kombination mit anderen Behandlungsmitteln wie Na-CMC verwendet werden. Die Rezeptur zur Herstellung der Huminsäuresuspension sieht wie folgt aus: 150–200 kg Kohlealkali-Mittel (Trockengewicht), 3–5 kg Na₂CO₃ und 900–1000 l Wasser pro m³ Suspension. Eigenschaften der Suspension: Dichte 1,03–1,20 g/cm³, Wasserverlust 4–10 ml/30 min, pH-Wert 9.
Veröffentlichungsdatum: 12. Februar 2025
