粘土矿物的水化机理.pptxVIP

粘土矿物PPT制作：王哲资料收集：封远飞资料汇总：李宽技术顾问：乔兴生+粘土矿物在钻井液中的价值 钻井泥浆是由粘土、水（或油）和少量处理剂混合形成，具有可调控的粘性、比重和降失水等性能，在大多情况下能够满足悬排钻碴、稳定井壁、防止漏失、冷却润滑钻具的基本钻进需要，并且来源广泛，成本较低，配制使用方便，所以成为应用最广泛的钻井液。前言（1）粘土矿物：细分散的（≤2μm）含水的铝硅酸盐类矿物的总称，可进一步分为晶质（具有晶体结构的）和非晶质，自然界中所见到的粘土矿物绝大多数是晶质的。 粘土（2）粘土：疏松的尚未固结成岩的以粘土矿物为主的（≥50%）沉积物。 （3）粘土岩（俗称：泥页岩）：粘土矿物经沉积、固结成岩作用后成为粘土岩。 （1）粘土作为钻井液的重要组成成分，配浆原材料。粘土与钻井的关系（2）涉及钻井过程中井眼的稳定性，粘土是泥页岩的主要组成部分，75%地层为泥页岩，90%的井壁不稳定发生在泥页岩。（3）油气层的保护，粘土矿物膨胀、钻井液配浆粘土堵塞。本次课讲授内容任务一：1.粘土矿物的晶体结构； 2.带电性； 3.阳离子交换量；任务二：粘土矿物的水化机理 1.蒙脱石 2.高岭石 异同点 3.伊利石任务三：DLVO原理任务一：粘土矿物的晶体结构一、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顶氧 硅氧四面体：有一个硅原子与四个氧原子，硅原子在四面体的中心，氧原子在四面体的顶点，硅原子与各氧原子之间的距离相等，其结构见右图。底氧 任务一：粘土矿物的晶体结构一、粘土矿物的两种基本构造单元硅氧面体晶片：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，其立体结构见右图。任务一：粘土矿物的晶体结构一、粘土矿物的两种基本构造单元 2、铝氧八面体与铝氧八面体晶片 铝氧八面体：六个顶点为氢氧原子团，铝、铁或镁原子居于八面体中央(如右图所示)。氢氧任务一：粘土矿物的晶体结构一、粘土矿物的两种基本构造单元铝氧八面体晶片：多个铝氧八面体通过共用的OH连接而成的Al-O八面体网络。任务一：粘土矿物的晶体结构二、几种常见粘土矿物的晶体构造2、几种常见粘土矿物的晶体构造（1）高岭石 高岭石晶体结构示意图任务一：粘土矿物的晶体结构二、几种常见粘土矿物的晶体构造（2）蒙脱石蒙脱石晶体结构示意图任务一：粘土矿物的晶体结构二、几种常见粘土矿物的晶体构造（3）伊利石 伊利石晶体结构示意图任务一：粘土矿物的晶体结构二、几种常见粘土矿物的晶体构造任务一：粘土矿物的晶体结构二、几种常见粘土矿物的晶体构造 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。任务一：粘土矿物的晶体结构灰色和棕色泥岩砂岩灰黑色泥岩任务一：带电性一、带电性?定义：指粘土矿物在与水接触时的带电符号和带电量?粘土带电性验证：电泳实验（粘土在水中移向正极，带负电荷） 任务一：带电性2. 电荷产生原因电荷来源(1)永久电荷 晶格取代：粘土矿物晶体结构中一部分阳离子被另外一部分阳离子所取代（置换），但晶体结构不变的现象。由于晶格取代是低价阳离子取代了高价阳离子，产生了过 剩的负电荷，因此，一般情况下粘土带负电。 伊利石与蒙脱石相比虽晶层结构相同但由于晶格取代位置不同，因此层面电荷密度不同，水化难易程度不同。 任务一：带电性（2）表面羟基与H+与OH-的反应（可变电荷）在酸性环境中：羟基与H+反应，粘土带正电性。﹥Al-OH + H+﹥Al+ + H2O在碱性或中性条件下：羟基与OH-反应，粘土带负电性。﹥Al-OH + OH- ﹥Al-O- + H2O任务一：带电性 （3）吸附分类吸附负电性离子（OH-、SiO32-）：使粘土负电性增加吸附正电性离子（NW-1）：使粘土负电性减少任务一：带电性CEC：pH值等于7的水溶液中100g粘土中可被交换出来的阳离子电荷总数。粘土带电量通常用CEC表示，CEC越大，说明粘土所带负电荷越多，三种常见粘土矿物的CEC大致如下。矿物名称CEC高岭石3-15蒙脱石70-150伊利石20-40思考题：为什么伊利石单位晶胞所带负电荷比蒙脱石多，而CEC却比蒙脱石小？任务一：阳离子交换量阳离子交换容量（C.E.C, cation exchange capacity)定义：分散介质pH=7时，100g粘土所能交换下来的阳离子的毫摩尔数（以一价阳离子毫摩尔数表示）。C.E.C可用来表示粘土在水中带电性的多少，它与粘土的水化分散、吸附等性质密切相关。任务二：粘土矿物的水化机理粘土矿物的水化机理任务二：粘土矿物的水化机理 概念：各种粘土只会吸水膨胀，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