Bài giảng Dung dịch khoan và xi măng - Chương 2: Dung dịch sét - Đỗ Hữu Minh Triết

Nội dung text: Bài giảng Dung dịch khoan và xi măng - Chương 2: Dung dịch sét - Đỗ Hữu Minh Triết

1. I. SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG GEOPET Nhóm Kaolinit (K) –Làmột trong những khoáng vật phổ biến nhất, gồm kaolinit, dikkit, hakrit, naluazit. Màu xám sáng, màu vàng, màu xanh da trời. Khi có oxit sắt sẽ có màu từ hồng đến đỏ. –K được tạo thành ở điều kiện phong hóa bề mặt trong môi trường axit. – Được dùng nhiều nhất trong sản xuất giấy, thành phần quan trọng để sản xuất giấy glossy. Để điều chế dung dịch sét thì nhóm M là tốt nhất. Đất sét chứa nhiều M gọi là sét bentonit. Sét K nếu không gia công hóa học thì không tạo thành dung dịch tốt. Sét H có tính chất trung gian giữa 2 loại trên. 2-11 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG GEOPET Kaolin Kaolinit Một mỏ kaolin ở Bulgaria 2-12 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
2. I. SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG GEOPET b. Tính chịu nhiệt: xác định khả năng chế tạo các sản phẩm chịu nhiệt sử dụng trong công nghiệp, đặc trưng bằng nhiệt độ nóng chảy. o o –Sét chịu nhiệt: t nc > 1580 C o o – Sét khó nóng chảy: t nc = 1350 - 1580 C o o –Sét dễ nóng chảy: t nc < 1350 C Sét K có độ chịu nhiệt cao. M và H có độ chịu nhiệt kém, dễ nóng chảy. 2-15 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG GEOPET c. Khả năng hấp phụ: khả năng sét hấp phụ lên trên bề mặt của mình các ion và các phần tử của môi trường xung quanh. Sét M có tính hấp phụ tốt nhất. Tính hấp phụ của sét được ứng dụng làm sạch dầu và mỡ trong công nghiệp thực phẩm, dầu hỏa, làm sạch nước. 2-16 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
3. I. SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG GEOPET f. Tính ỳ hóa học: là tính chất sét không tham gia vào các liên kết hóa học với một vài loại axít hay kiềm. Nguyên nhân của hiện tượng này do thành phần hóa học của sét. Ứng dụng: -K tạo nên độ cứng và độ chịu axit của cao su và làm trắng giấy, - B dùng để tạo nhiều bọt trong công nghiệp xà phòng. 2-19 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II. DUNG DỊCH SÉT GEOPET 2.1. Khái niệm về dung dịch 2.2. Khái niệm về hệ phân tán 2.3. Dung dịch sét 2-20 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
4. II. DUNG DỊCH SÉT GEOPET 2.2. Khái niệm về hệ phân tán ƒ Là 1 hệ bao gồm 2 hay nhiều pha (tướng) mà một trong những pha đóbị phân chia thành những phần tử rất nhỏ trong những pha khác. ƒ Chất bị phân tán thành những phần tử rất nhỏ gọi là chất phân tán hay pha phân tán. Chất chứa các phần tử nhỏ bị chia ra gọi là môi trường phân tán. ƒ Hệ được gọi là hệ phân tán khi đường kính φ chất phân tán > 10-6 mm. 2-23 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II. DUNG DỊCH SÉT GEOPET Hệ phân tán được chia ra thành nhiều loại: – Hệ phân tán có môi trường phân tán là chất lỏng: dầu trong nước, khí tự nhiên trong dung dịch. – Hệ phân tán có môi trường phân tán là chất khí: sương mù, khói, bụi. – Hệ phân tán có môi trường phân tán là chất rắn: dung dịch keo rắn. 2-24 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
5. II. DUNG DỊCH SÉT GEOPET Tùy theo tính chất của từng loại sét mà khi rơi vào trong nước, chúng phân tán thành các hạt có kích thước khác nhau, mức độ phân tán khác nhau và tạo thành các hệ phân tán có chất lượng khác nhau. – Hệ phân tán keo: kích thước các hạt sét từ 10-6 –10-4 mm – Hệ phân tán huyền phù: kích thước các hạt >10-4 mm. Trong dung dịch sét luôn tồn tại hai hệ phân tán: hệ phân tán keo và hệ phân tán huyền phù, gọi là hệ phân tán keo - huyền phù, không phải là dung dịch như ta thường gọi. Nhưng do thói quen nên người ta vẫn dùng tên gọi này. 2-27 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT Bao gồm các thông số sau: Αα Alpha a Νν Nu n 1. Trọng lượng riêng (γ) Ββ Beta b Ξξ Xi x 2. Độ nhớt (µ) Γγ Gamma g Οο Omicron o ∆δ Delta d Ππ Pi p 3. Ứng suất trượt tĩnh (τ) Εε Epsilon e Ρρ Rho r 4. Độ thải nước (B) Ζζ Zeta z Σσ, ς Sigma s 5. Hàm lượng cát (Π) Ηη Eta e, ē Ττ Tau t 6. Độ ổn định (C) Θθ Theta th Υυ Upsilon u, y Ιι Iota i Φφ Phi ph 7. Độ lắng ngày đêm (O) Κκ Kappa k Χχ Chi ch Λλ Lambda l Ψψ Psi ps Μ µ Mu m Ωω Omega o 2-28 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
6. III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT ƒ Trọng lượng riêng được xác định bởi phù kế & tỷ trọng kế dạng cân. Tỉ trọng kế dạng cân Phù kế 2-31 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT Mud balance graduated arm rider spirit level lid knife edge counterweight cup base 2-32 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
7. GEOPET Ví dụ: đổi kg/m3 thành psi/ft: psi6,8948× 1032 P 6894,8 N / m == ft0,3048 m 0,3048 m (6894,8/ 9,81)kg ==2305,89kg / m3 0,3048m3 –Nước: ρ = 1000 kg/m3 = 0,434 psi/ft –Dầu: ρ = 900 kg/m3 = 0,39 psi/ft – Không khí ở đk thường: ρ = 1,168 kg/m3 = 5.10-4 psi/ft 2-35 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT 3.2. Độ nhớt (µ, cp) ƒ Lưu biến học: nghiên cứu sự biến dạng và chảy của vật chất, bao gồm chất rắn có tính dẻo (chất dẻo, cao su, ) và chất lỏng phi Newton (dầu, dung dịch khoan, ximăng, sơn, mực in, thực phẩm, dịch cơ thể người, ). Về tổng quát, tính lưu biến phụ thuộc ứng suất trượt, vận tốc trượt, nhiệt độ và áp suất. ƒ Độ nhớt: một đặc tính của lưu chất, thể hiện khả năng chống lại sự dịch chuyển tương đối giữa các phần tử của lưu chất. 2-36 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
8. III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT Các mô hình chất lỏng ham Bing dẻo ỏng hất l g C ưởn lý t mũ hàm hình Độ nhớt dẻo Mô n Dd khoan điển hình ạ t i h ớ ượ n t wto Ne t tr ng ượ ỏ ấ t l Chấ t tr ấ ng su Ứ ng su Ứ Độ nhớt Tốc độ trượt 2-39 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT Độ nhớt thực: tỉ số của ứng suất trượt và tốc độ trượt. Đối với dung dịch khoan, độ nhớt thực tỉ lệ nghịch với tốc độ trượt. Hiện tượng này gọi là shear thinning (giảm trượt). t ượ t tr ấ ng su Ứ µ3 µ2 µ1 V1 V2 V3 Tốc độ trượt 2-40 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
9. III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT ƒ Khi khoan qua tầng sét, độ nhớt của dung dịch sét không ngừng tăng dần lên. Vì vậy phải xử lý dung dịch bằng hóa chất hoặc pha thêm nước lã vào dung dịch sét theo từng chu kỳ. ƒ Các chất làm giảm độ bền gel của dung dịch gốc nước lại gây tác dụng ngược: chúng làm phân tán sét thành các mảnh nhỏ. Các mảnh này không thể tách ra tại bề mặt mà tiếp tục tuần hoàn cho tới khi còn kích thước keo. Î Việc kiểm soát độ nhớt dung dịch rất khó khăn và tốn kém khi khoan qua các thành hệ sét keo bằng dung dịch gốc nước. 2-43 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT Đo độ nhớt: trong thực tế thường dùng khái niệm độ nhớt qui ước, được xác định bằng nhớt kế Marsh: là chỉ số chảy loãng của dung dịch biểu thị bằng thời gian (đo bằng giây) chảy hết 946 cm3 dung dịch qua phểu có dung tích 1500 cm3 và đường kính trong lỗ phễu là 4,75 mm. Ví dụ: độ nhớt qui ước của nước sạch ở 20oC là 26s. 9 Điều kiện khoan bình thường: độ nhớt T = 30 - 35s. 9 Điều kiện khoan phức tạp: độ nhớt T > 60s. Nhớt kế Marsh 2-44 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
10. III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT • Clay yield (sản lượng sét): số barrel dung dịch khoan có độ nhớt 15 cp có thể sản xuất được từ 1 tấn sét. • Ví dụ: 20 lb/bbl của sét bentonit có thể tạo được dung dịch có độ nhớt 15 cp. 15 Dung dịch này sẽ chứa 6% khối lượng hạt rắn, sản lượng sét là 90 bbl/ton, 2,5% thể tích hạt rắn và có tỉ trọng là 8,7 ppg. 2-47 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT 3.3. Ứng suất trượt tĩnh (τ, mG/cm2) ƒ Là đại lượng đặc trưng cho độ bền cấu trúc (hay tính lưu biến) của dung dịch khi để nó yên tĩnh sau một thời gian xác định. ƒ Độ bền cấu trúc của dung dịch được đo bằng một lực tối thiểu cần đặt vào một đơn vị diện tích 1cm2 vật thể nhúng trong dung dịch để làm nó chuyển động. ƒ Ứng suất trượt tĩnh của dung dịch sét phụ thuộc vào sét, nước và chất phóng hóa học tạo thành dung dịch. Sét có độ phân tán càng kém, nước càng cứng thì ứng suất trượt tĩnh của dung dịch càng nhỏ, cấu trúc của nó có độ bền kém. 2-48 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
11. III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT ƒ Dung dịch sét chất lượng bình thường: τ = 15 - 40 mG/cm2. ƒ Để pha chế chất làm nặng, dung dịch sét ban đầu có: τ = 30 - 50 mG/cm2. ƒ Để chống sự mất nước, dung dịch phải có: τ = 100 - 120 mG/cm2. Trong thực tế, cần thiết kế để ứng suất trượt tĩnh của dung dịch chỉ vừa đủ để giữ mùn khoan và barite ở trạng thái lơ lửng khi ngưng tuần hoàn. 2-51 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT Nếu ứng suất trượt tĩnh quá lớn: − Ngăn cản quá trình tách mùn khoan và khí ra khỏi dung dịch, − Cần phải tăng áp suất để tái tuần hoàn dung dịch sau khi thay choòng, − Khi nâng cần khoan, dễ xảy ra hiện tượng sụt áp cột dung dịch tại choòng, có thể gây ra hiện tượng dầu khí nước xâm nhập nếu cột áp chênh lệch lớn, − Tương tự, khi hạ cần khoan, có thể gây vỡ vỉa và thất thoát dung dịch. 2-52 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
12. III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT Quá trình hình thành vỏ sét trên thành giếng khoan –Các hạt sét hoặc mùn khoan có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ rỗng của thành hệ sẽ bám vào bề mặt các lỗ rỗng, –Các hạt có kích thước nhỏ hơn sẽ được vận chuyển sâu hơn vào trong lỗ rỗng, –Lớp vỏ sét hình thành từ từ và chỉ cho phép hạt kích thước càng ngày càng nhỏ xâm nhập qua, –Cuối cùng, lớp vỏ sét chỉ cho thấm chất lỏng. 2-55 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT ƒ Dung dịch sét có độ thải nước lớn sẽ tạo ra trên thành lỗ khoan lớp vỏ sét xốp, dày, làm tiết diện lỗ khoan bị thu hẹp lại → khoan chậm hoặc kẹt bộ dụng cụ khoan khi nâng. Sự thải nước vào đất đá xung quanh thành lỗ khoan còn phá hoại sựổn định của đất đáliên kết yếu → hiện tượng trương nở và sập lở đất đá gây bịt kín và làm mất lỗ khoan. Dung dịch sét có độ thải nước nhỏ sẽ tránh được những sự cố kể trên. ƒ Độ thải nước và bề dày vỏ sét tùy thuộc vào mức độ mài mòn của bề mặt vỏ sét trong quá trình khoan. • Khi dung dịch khoan ổn định, độ thải nước và bề dày vỏ sét tỉ lệ thuận với căn bậc 2 của thời gian. • Khi dung dịch khoan vận động, nếu sự hình thành vỏ sét cân bằng với tốc độ mài mòn thì vỏ sét có bề dày ổn định và độ thải nước cũng ổn định. 2-56 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
13. GEOPET Cấu tạo thiết bị đo độ thải nước 2-59 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET Các loại thiết bị đo độ thải nước Tiêu chuẩn Tạo áp bằng CO2 Nhiệt độ cao, áp suất cao 2-60 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
14. III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT Quy trình đo hàm lượng cát 1. Đổ dung dịch cần đo vào ống lắng tới mức “Mud to here”. Sau đó thêm nước cho tới mức “Water to here”. Bịt kín ống lắng và lắc mạnh, đều. 2. Đổ dung dịch từống lắng qua rây lọc và làm sạch ống lắng bằng nước sạch. Dung dịch qua rây và nước rửa ống lắng được thu hồi. Hạt rắn còn lại trên rây được rửa sạch. Không dùng lực để ép hạt rắn qua rây. 3. Gắn phểu vào phía trên rây và từ từ lật ngược rây. Hướng đầu phểu vào ống lắng. Dùng tia nước nhỏ để rửa sạch rây. Chờ cho cát lắng. 4. Ghi lại hàm lượng hạt rắn. Lưu ý: đối với dung dịch khoan gốc dầu, dùng dầu diesel thay cho nước. 2-63 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN GEOPET CỦA DUNG DỊCH SÉT Tiêu chuẩn API về cỡ hạt Kích thước Phân loại hạt Cỡ rây Hơn 2000 micron Thô 10 2000 – 250 micron Lớn 60 250 – 74 micron Trung bình 200 74 – 44 micron Mịn 325 44 – 2 micron Cực mịn _ 2 – 0 micron Keo _ 2-64 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
15. IV. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Hiệu quả của dung dịch khoan liên quan trực tiếp tới trọng lượng riêng, độ nhớt, độ bền gel và tính thấm lọc. Các tính chất này do thành phần keo hoặc sét có trong dung dịch và các chất phụ gia quyết định. 2-67 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET 4.1. Chọn nguyên liệu 4.2. Tính toán để điều chế dung dịch sét 4.3. Điều chế dung dịch sét 2-68 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
16. IV. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Tính độ cứng của nước tùy theo độ Theo phương pháp này người ta quy định hàm lượng muối ứng với 1 độ cứng và theo đómàxác định độ cứng của nước theo hàm lượng muối chứa trong chúng. Thang đo độ cứng không thống nhất giữa các nước. Do đókhi gọi đơn vị độ cứng thường kèm theo tên của nước sử dụng đơn vị độ cứng đó. • Ở Liên Xô, Đức: 10 của độ cứng ứng với 10 mg CaO trong 1 lít nước. 0 • Ở Pháp 1 ứng với 10 mg CaCO3/l nước. 0 • Ở Mỹ 1 ứng với 1 mg CaCO3/l nước. 0 • Ở Anh 1 ứng với 1 mg CaCO3/galon nước. 2-71 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET ƒ Thường trong nước cứng chứa cả muối Ca2+ và muối Mg2+. Muốn xác định độ cứng của nước, phải đổi từ lượng Mg2+ sang Ca2+ bằng cách nhân với 1,4. Tổng lượng CaO và MgO (đã đổi ra theo CaO) chia cho số mg tương ứng với 10 của độ cứng, ta sẽ được độ cứng của nước tính theo độ Đức, độ Anh, độ Pháp. ƒ Bảng chuyển đổi từ độ sang miligam đương lượng: Quốc gia Hệ số chuyển đổi Đức 0,36663 Anh 0,28483 Pháp 0,19982 Mỹ 0,01998 2-72 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
17. IV. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Chọn sét ƒ Sét có tác dụng quyết định đến chất lượng của dung dịch. ƒ Để đánh giá chất lượng của sét, phải biết được thành phần khoáng vật, thành phần độ hạt và hàm lượng muối chứa trong chúng. ƒ Theo thành phần độ hạt, sét được dùng để điều chế dung dịch cần có các tỷ lệ như sau: − Hạt có kích thước > 0,1mm (cát): 6% − Hạt có kích thước > 0,05mm: 40 – 50% ƒ Nếu trong sét, hàm lượng cát chiếm tỷ lệ > 6% thì không nên dùng. ƒ Tùy theo hàm lượng muối ở trong sét mà sét có thể sử dụng ở các phạm vi khác nhau. Khi điều chế dung dịch bằng sét có nhiều muối, thì phải dùng các kỹ thuật đặc biệt để gia công chúng. 2-75 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Đánh giá sơ bộ sét dùng để điều chế dung dịch: – Khi sét có độ ẩm tự nhiên và trong không khí thì có sức chống vỡ khá lớn và khi vỡ tạo thành các mép nhọn. Trong đa số các trường hợp, ngay cả đối với các khối sét nhỏ cũng không thể dùng ngón tay mà ấn được. –Khi cắt bằng dao thì có mặt bằng phẳng và có màu sẩm hơn so với vết vỡ. –Khi sét ở trạng thái dẻo, dễ dàng lăn thành các dây dài, mảnh (đường kính < 0,1mm). Ngoài các dấu hiệu trên, để đánh giá chất lượng của sét, người ta còn dùng phương pháp nhúng ướt. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: các bột sét khô có thành phần khoáng vật khác nhau sẽ hút một lượng nước hay chất điện phân xác định (1cm3 chẳng hạn) trong các khoảng thời gian khác nhau. 2-76 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
18. IV. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Lượng dung dịch cần trong quá trình tuần hoàn VV= lk++ V bc V ml trong đó: Vlk –thể tích lỗ khoan Vbc –thể tích bể chứa Vml –thể tích máng lắng n π 2 VKlk= ∑ Dl i . i 4 i=1 trong đó: K – hệ số mở rộng thành lỗ khoan Di - đường kính từng đoạn lỗ khoan li -chiều dài đoạn lỗ khoan tương ứng với đường kính Di 2-79 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Xác định lượng sét để điều chế dung dịch Khi điều chế một đơn vị thể tích dung dịch sét, ta có biểu thức: ρdss=+−vv.(1).ρρ sn 3 trong đó: ρd –khối lượng riêng của dung dịch sét, g/cm 3 ρs –khối lượng riêng của sét, thay đổi 2,5 – 2,9 g/cm 3 ρn –khối lượng riêng của nước, thay đổi 1,0 – 1,03 g/cm vs –thể tích sét cần để điều chế một đơn vị thể tích dung dịch Từ biểu thức trên suy ra: ρdn− ρ vs = ρs − ρn 2-80 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
19. IV. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Khối lượng riêng của sét khi đã bị đập nhỏ thành khối nhỏ hoặc bột: 1,6 - 2,1 T/m3, trung bình: 1,9 T/m3. Do vậy thể tích sét cần thiết để điều chế dung dịch có thể tính theo công thức: P V = s s 1, 9 2-83 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Xác định lượng nước để điều chế dung dịch Khi điều chế một đơn vị thể tích dung dịch sét ta cũng có biểu thức: ρdnn=+−vv.(1).ρρ ns trong đó: vn –thể tích nước cần để điều chế một đơn vị thể tích dung dịch. ρsd− ρ Suy ra: vn = ρsn− ρ ps Hoặc: vn =1− ρs 2-84 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
20. IV. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Cấu tạo máy trộn cơ học ƒ Vỏ bằng kim loại hình trụ hoặc ovan đặt thẳng đứng hay nằm ngang tùy thuộc bố trí của trục. ƒ Máy trộn có dung tích nhỏ (0,75 m3) có một trục; những máy có dung tích lớn (5m3) có hai trục. Máy trộn sét cơ học 2-87 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET ƒ Trên trục người ta hàn thêm các cánh hợp với nhau một góc 900. Đầu cuối của các cánh này cách mép trong của thùng trộn 35 – 40 mm. Để tăng mức độ phân tán sét giữa các cánh với nhau, người ta nối bằng các dây xích kim loại. ƒ Trục quay nhờ có bánh nặng lắp ở đầu trục nhô ra ngoài ăn khớp với bánh răng khác lắp đồng trục với puli dẫn động. Puli này quay được nhờ động cơ điện (hay động cơ đốt trong) qua hệ thống đai truyền. ƒ Trên vỏ máy trộn, có một “cửa sổ” để đổ sét vào. Để giữ lại các khối sét lớn, trên cửa người làm các chắn song bằng các thanh sắt nhỏ đặt song song nhau. ƒ Nước để trộn dung dịch cũng được dẫn bằng các ống và qua cửa này vào máy trộn. 2-88 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
21. IV. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET ƒ Dòng dung dịch hay nước được bơm vào với áp lực lớn (25 – 30 atm), đi qua ống dẫn với tốc độ 65 – 80 m/s, gặp bột sét rơi xuống sẽ mang theo chúng và đập vào tấm chắn (5). Do ống dẫn hàn theo hướng tiếp tuyến với thùng chứa nên khi vào trong thùng dòng nước có sét bột sẽ chuyển động theo đường xoắn ốc từ dưới lên trên. Phía trên của thùng có ống thoát dẫn dung dịch ra ngoài. ƒ Tấm chắn (5) chịu va đập nhiều, nên tuy dày 25 – 30 mm dần dần cũng bị mòn. Để có thể thay thế được dễ dàng, người ta gắn chúng vào thùng bằng các đinh vít. ƒ Điều chế dung dịch bằng phương pháp này có ưu điểm là không phải dùng động cơ riêng để chạy máy. Dòng nước rửa được bơm vào bằng máy bơm ở hiện trường lỗ khoan nên tương đối đơn giản. ƒ Năng suất của loại máy này khoảng 20 – 40 m3/h. 2-91 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Cung cấp dung dịch cho lỗ khoan ƒ Việc đảm bảo dung dịch cho lỗ khoan có thể thực hiện bằng hai cách: điều chế dung dịch tại chỗ hoặc điều chế dung dịch tại trạm rồi vận chuyển lên lỗ khoan. ƒ Điều chế dung dịch tại lỗ khoan bằng các thiết bị điều chế riêng được tiến hành khi khoan các lỗ khoan riêng biệt, hay việc cung cấp dung dịch từ trạm điều chế lên tới lỗ khoan gặp nhiều khó khăn. ƒ Điều chế dung dịch tại trạm được tiến hành khi khoan nhiều lỗ khoan cùng một lúc, các lỗ khoan tương đối gần nhau và cách cung cấp dung dịch đến từng lỗ khoan tương đối dễ dàng. 2-92 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
22. GEOPET KẾT THÚC CHƯƠNG 2 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết CÂU HỎI GEOPET 1. Cơ sở phân loại sét và các tính chất cơ bản của sét? 2. Dung dịch là gì? Hệ phân tán là gì? Đặc điểm của dung dịch sét? 3. Trình bày các thông số cơ bản của dung dịch sét: định nghĩa, đơn vị, phương pháp đo và thiết bị đo. 4. Trình bày hiện tượng giảm trượt. Phân tích mối quan hệ giữa độ nhớt, ứng suất trượt tĩnh của dung dịch với các thông số chế độ khoan. 5. Tiêu chuẩn lựa chọn nước và sét để điều chế dung dịch là gì? Tính toán sơ bộ lượng nước và sét để điều chế. 6. Các loại máy trộn dung dịch và các hình thức cung cấp dung dịch cho lỗ khoan? 2-96 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết