钻井液完井液化学1.ppt

* 2. 影响聚结稳定性的因素 阻碍粘土颗粒聚结的因素 （1） 双电层斥力 ： ζ电势越高，颗粒间斥力越大，粘土颗粒越难以聚结合并。 （2）渗透斥力：粘粒靠近离子雾交联产生渗透斥力。 （3）吸附溶剂化膜的性质：吸附溶剂化膜的粘度、弹性、厚度越大，粘土颗粒越难以聚结合并。 * 影响聚结稳定性的因素 引起粘土颗粒聚结的因素 （1） 颗粒之间的吸力（范德华力）：范德华力越大，粘土颗粒越容易聚结合并。 （2）布朗运动：微粒的热运动促进聚结。 （3）电解质的聚结作用： 压缩双电层，水化膜变薄，电动电位降低，双电层斥力和吸附溶剂化层阻力降低。 引起聚沉或形成片架结构。 临界电动电位：胶粒开始明显聚沉时的电动电位。 聚沉值：能使溶胶聚沉的电解质最低浓度。它与溶胶浓度、性质、介质性质、温度等有关。 反离子价数越高，聚结能力越强； 反离子浓度越高，聚结能力越强； 同价不同离子的聚结能力遵循感胶离子序，如碱土金属的聚结能力： Cs+ Rb+ K+ Na+ Li+ Ba++ Sr++ Ca++ Mg++ * DLVO理论要点 溶胶稳定性取决于粒子间的净作用力： （1）斥力大于吸力，有斥力势垒，稳定性取决于势垒高低； （2）吸力始终大于斥力，相互聚结而沉降； （3）有可能出现絮凝态---粒间聚结但相互吸力并不强，体系仍稳定，外界条件改变胶粒又相互分离。 电解质显著影响胶粒间斥力，溶胶变得不稳定甚至聚沉 理论导出: rc=R*1/Z6, 这与实验结果相符，也证明了该理论的正确性。 * 在三种不同的电解质浓度下，胶粒的排斥力、吸引能量与胶粒间距的关系 胶粒间的净作用能与胶粒距离的关系 * 胶粒间净作用能有两个最低位能穴的情况 絮凝态 * 3.聚结作用与凝胶 凝胶----溶胶适度聚结形成布满容积的冻胶状体系。 特征：无水析出，不流动，有结构，有一定强度，如豆腐、凉粉等。 形成条件：胶粒形状高度不规则；胶粒表面性质不均匀；胶粒浓度足够大。 影响凝胶强度的因素： 土粒浓度，土类，电解质，处理剂，分散程度，pH值等 * 粘土颗粒联结方式 * 习题 2、3、8 * 第二节、粘土的电性和离子交换吸附 一、粘土晶体的电荷及其来源 1. 永久负电荷 —— 构造电荷 来源：晶格取代产生过剩负电荷。 如： 四面体：Al3+ Si4+；八面体：Mg2+ Ai3+。 特点： ? 永久负电荷主要受晶格取代影响，不受PH影响。 ? 蒙脱石的永久负电荷：主要来源于铝氧八面体，少部分来源于硅氧四面体。 ? 伊利石的永久负电荷：主要来源于硅氧四面体，少部分来源于铝氧八面体。 ? 高岭石几乎无永久负电荷。 ? 永久负电荷大小排序： 伊利石蒙脱石高岭石。 ? 永久负电荷主要分布在粘土晶层层面上。 * 2 . 可变负电荷 —— 表面电荷 来源： ? 晶体端面的Al ? OH键， 例如：在碱性条件： ? 端面吸附OH-、SiO3 2-等无机阴离子，或有机阴离子聚电解质。 Al? O-…... H+ OH- SiO3 2- * 3. 正电荷 —— 表面电荷 来源：当PH8时, Al —O — H ------Al++OH- 特点: ? 受环境PH值影响 。 ? 正电荷负电荷，因此，粘土一般带负电。 * 二、粘土的交换性阳离子和阳离子交换容量CEC （Cation Exchange Capacity） 1. 交换性阳离子 吸附于粘土上，可以被分散介质中其它阳离子所交换的阳离子。 2. 粘土的阳离子交换容量CEC 定义：分散介质的PH=7时，从粘土上所能交换下来的阳离子总量。 特点：矿物种类不同，CEC有很大差别。 蒙脱石：70 — 130 meq/100g土 伊利石：10 — 40 meq/100g土 高岭石：3 — 15 meq/100g土 * 三、离子交换吸附 定义：粘土颗粒（固体）上吸附的离子与溶液中离子间的同电性等当量交换作用（一种离子被吸附的同时顶替出等当量同电性离子的现象）。 粘土能进行离子交换吸附的原因： （1）土粒带负电（晶格取代、断键处-OH在碱性介质中离解、吸附阴离子） （2）对不同离子的亲合力不同 特点：同电性等当量、可逆、速度慢 * 离子吸附规律 正负相吸： 对单原子正离子，其它条件相同时，离子价越高，吸附越强； 同价正离子的吸附强弱取决于离子大小及离子水化能力； 吸附顺序：Li+ ＜ Na+ ＜ K+ ＜ NH4+ ＜ Mg 2+ ＜