第1章_粘土矿物.ppt

中国石油大学（华东） 石油工程学院油田化学系;绪论;油田化学的研究对象 ;钻井化学;;集输化学;第一章 粘土矿物;粘土;本章要点;粘土;与钻井工程的关系;第一节 粘土矿物的基本构造; 基本构造单元 基本构造单元片 基本结构层 各种粘土矿物 基本构造单元 硅氧四面体和铝氧八面体 Si/O Al/O 基本构造单元片 硅氧四面体片和铝氧八面体片 基本结构层 (单位晶层) 1:1型 2:1型 各种粘土矿物;粘土矿物的基本构造;硅氧四面体晶片：指硅氧四面体网络。硅氧四面体网络由硅氧四面体通过相临的氧原子连接而成。; 2、铝氧八面体与铝氧八面体晶片;铝氧八面体晶片：多个铝氧八面体通过共用的O或OH连接而成的Al-O八面体网络。;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。;粘土矿物的基本构造;第二节 粘土矿物;1、基本概念;例1：蒙脱石在不发生晶格取代时，其理想结构式为： Al4Si8O2(OH)4.nH2O;（2）阳离子交换容量（C.E.C) ;（1）高岭石;高岭石;②高岭石特点;D、C.E.C低（30-150 mmol/kg土) 　 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;蒙脱石;②蒙脱石特点; ◆蒙脱石上下相临的层面皆为O面，晶层间引力以分子间力为主，层间引力较弱，水分子易进入晶层。;D、C.E.C 大（700-1300 mmol/1kg土) ;（3）伊利石 ;②伊利石特点 ; ?由于伊利石取代位置主要在Si-O四面体中，产生的负电荷离晶层表面近，与吸附的K+产生很强的静电力，层间引力较强，水分子不易进入晶层.;D、C.E.C 大介于高岭石与蒙脱石之间（200-400mmol/1kg土) ; 一般情况下，随着地层深度的增加，伊利石含量增加蒙脱石含量减少，因此，下部地层缩径现象少，以剥落掉块、坍塌为主。 ;第三节 粘土矿物的性质;粘土矿物的性质; 1809年，俄国物理学家Рейсе将两支玻璃管插在潮湿的粘土块中，加水至两管液面相平。各放一电极，接通电源。 发现如下现象：;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; 1、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。 ;(1)表面水化 ;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）;（3）离子交换吸附 粘土矿物表面上离子（通常为补偿性阳离子）与溶液中同号离子间的交换作用。 如自然界中的膨润土（即蒙脱土）绝大多数为钙蒙脱土，可转化为钠蒙脱土 ;特点： 同号、等电量、可逆 影响因素： 离子价数 离子价数越大越容易发生离子交换 （库仑定律，吸引力与电荷量正比） b. 离子半径 离子半径越大（单位体积所带电荷小，对水分子吸引力小，与胶粒吸引力大），离子水化半径越小（与胶粒间距离小），离子的吸附性越强，交换能力越大，通常离子的交换能力由弱到强的排列顺序为 Li+Na+K+(NH4+)Mg2+Ca2+Ba2+Al3+Fe3+H+ c. 离子浓度 离子浓度越大交换能力越强 ;四、 粘土的凝聚性;粘土矿物的性质;扩散双电层模型;试验：淡水泥浆钙侵后，钙离子压缩扩散双电层，ζ电位减低，双电层斥力降低，产生絮凝，粘土颗粒逐渐增大，粘度增加。进一步增加钙离子浓度，粘土颗粒继续变粗而沉淀，最终破坏粘土颗粒的网架结构，形成水土分离的现象。 ; 钙侵钻井液加入适量稀释剂（比如单宁碱液）后，稀释剂通过氢键吸附在粘土上，提高粘土颗粒表面的负电性并增加水化膜厚度，拆散因钙离子作用形成较大、较