钻井液原理第二章粘土矿物.ppt

粘土矿物 和粘土胶体化学基础 一、粘土矿物的两种基本构造单元 1、硅氧四面体与硅氧四面体晶片 2、铝氧八面体与铝氧八面体晶片 3、晶片的结合 （2）2：1型晶层：由两个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体 晶片构成。 1、基本概念 （2）阳离子交换容量（C.E.C) 2、几种常见粘土矿物的晶体构造 （1）高岭石 ②高岭石特点 D、C.E.C低（3-15 mmol/100g) 　在三种常见的粘土矿物中，高岭石的Ｃ.E.C最低。原因在于高岭石几乎不存在晶格取代，所以带负电荷很少，周围吸附的阳离子数目少，可发生交换的阳离子数目就更少了，所以C.E.C小。 ⑵蒙脱石 ②蒙脱石特点 D、C.E.C 大（70-130 mmol/100g土) （3）伊利石 ②伊利石特点 D、C.E.C 大介于高岭石与蒙脱石之间（20-40mmol/100g土) ?定义：指粘土矿物在与水接触时的带电符号和带电量 电荷产生原因 2、表面羟基与H+与OH-的反应（可变电荷） 粘土矿物带电量 粘土带电量通常用C.E.C表示， C.E.C越大，说明粘土所带负电荷越多，三种常见粘土矿物的C.E.C大致如下。 常见粘土矿物带电性区别 第三节 粘土的水化膨胀作用 (1)表面水化 扩散双电层的形成： 5.分散度和比表面 4、粘土-水胶体分散体系的稳定性 （2）聚结稳定性影响因素 20-40 SI-O四面体 晶格取代 伊利石 70-130 AL-O八面体 晶格取代 蒙脱石 3-15 边缘 解离 高岭石 C.E.C mmol/100g土 电荷分布 带电原因（主） 矿物名称 影响因素：粘土类型；分散程度；CEC；pH值等 一、定义 水化：粘土矿物表面容易吸附较多水分子的特性。 膨胀：粘土吸水后体积增大的性质。膨胀性是衡量粘土亲 水性的指标，亲水性越强，吸水量越大，水化膨胀越厉害。 钻井液工艺原理电子教案 第二章 上一内容 下一内容 回主目录 返回 二、 粘土的水化膨胀性 二、水化膨胀机理 各种粘土都会吸水膨胀，只是不同的粘土矿物水化膨胀的程度不同而已。粘 土水化膨胀受三种力制约：表面水化力、渗透水化力和毛细管作用。 ①定义：由粘土晶体表面直接吸附水分子和通过所吸附的可交换性阳离子间接吸附水分子而导致的水化。 ②表面水化机理 直接水化：粘土表面上的H+和OH-通过氢键吸附水分子 间接水化：通过所吸附的可交换性阳离子间接吸附水分子 (2) 渗透水化 ①定义：由于晶层间阳离子浓度大于溶液内部 的阳离子浓度，因而发生水的浓差扩散，使水进入晶层. ②作用机理：浓差扩散 二、 粘土的水化膨胀性 上一内容 下一内容 回主目录 返回 + 滑动面 吸附的可交换阳离子解离, 形成扩散双电层,产生负电性,晶层间相互排斥,间距增大,表现出膨胀性 水 (3) 粘土的膨胀 膨胀后分散 二、 粘土的水化膨胀性 上一内容 下一内容 回主目录 返回 (4)评价方法：吸水量法和膨胀量法 吸水量：总吸水量，单位重量土吸附水的总量（重量或质量）；比亲水量：单位表面积吸水量（相当于表面水化膜厚度）。 泥页岩比亲水量界面物理化学含义示意图 二、 粘土的水化膨胀性 上一内容 下一内容 回主目录 返回 膨胀量：单位重量粘土的膨胀体积（体积不受限制），另外一种表示方法水化应力，即体积保持不变时，泥页岩水化所产生的应力效应。 123 传感器 二、 粘土的水化膨胀性 上一内容 下一内容 回主目录 返回 （5）粘土矿物水化膨胀的影响因素 a.?????? 粘土的带电量，增加，膨胀性增大 b.????? 粘土矿物种类，蒙脱石伊利石高岭石 c.?????? 粘土矿物补偿（可交换）阳离子种类有关，如钙土（Ca2+）晶层间距最大可达1.7nm，而钠土（Na+）晶层间距可达4nm。 d.????? 溶液中的离子浓度，离子浓度增加，严重压缩双电层 结果： e.?????? 温度、湿度等条件有关 二、 粘土的水化膨胀性 上一内容 下一内容 回主目录 返回 第三节 粘土的水化膨胀作用 钻井液工艺原理电子教案 第二章 上一内容 下一内容 回主目录 返回 三、 粘土的吸附性 1、 吸附：物质在两相界面上自动浓集(界面浓度大于内部 浓度）的现象。 吸附质：被吸附的物质（钻井液处理剂） 吸附剂：吸附吸附质的物质（粘土） 物理吸附：范德华引力