第2章节粘土矿物和粘土胶体化学基础幻灯片.pptVIP

胶体的稳定性概念：即动力(沉降)稳定性和聚结稳定性。 在重力作用下分散相粒子是否容易下沉的性质。一般用分散相下沉速度的快慢来衡量动力稳定性的好坏。 例如，在一个玻璃容器中注满钻井液、静止24h后，分别测定上部与下部的钻井液密度,其差值愈小，则动力稳定性愈强，说明粒子沉降速度很慢。 动力稳定性： 第四节 粘土水胶体分散体系的稳定性与聚结 影响动力稳定性的因素 重力的影响 布朗运动的影响 介质粘度对动力稳定性的影响 第四节 粘土水胶体分散体系的稳定性与聚结 Stocks 沉降速度公式： 式中，r — 粒子半径；? — 分散介质粘度；ρ— 粒子密度；ρ0— 分散介质密度。 从上式可见，影响沉降速度v的因素为：r、 ?、 ρ、 ρ0。 说明： Stocks 沉降速度公式没有考虑钻井液凝胶强度的悬浮作用。 聚结稳定性 是指分散相粒子是否容易自动地聚结变大的性质。不管分散相粒子的沉降速度如何，只要它们不自动降低分散度，聚结度变大，该胶体就是聚结稳定性好的体系。 必须指出，动力稳定性与聚结稳定性是两种不同的概念，但是它们之间又有联系。如果分散相粒子自动聚结变大，那么，由于重量加大，必然引起下沉。因此，失去聚结稳定性，最终必然失去动力稳定性。由此可见，在上述两种稳定性中，聚结稳定性是最根本的。 静电稳定理论(DLVO理论) 静电稳定理论(DLVO理论)，是目前对胶体稳定性，以及电解质对胶体稳定性的影响解释得比较完善的理论。根据这一理论，溶胶粒子之间存在两种相反的作用力:吸力与斥力。如果胶体颖粒在布朗运动中相互碰按时，吸力大于斥力，溶胶就聚结；反之，当斥力大于吸力时，粒子碰撞后又分开了，保持其分散状态。 溶胶粒子问的吸力，本质上是范德华引力，但它和单个的分子不同，溶胶粒子是许多分子的聚结体，因此，溶胶粒子间的引力是胶体粒子中所有分子引力的总和溶胶粒子间的吸引力，与距离间的3次方成反比。 胶粒间的排斥力来源于两方面：一“方面是静电斥力；另一方面是溶剂化膜(水化膜)斥力。胶粒间的静电斥力是由扩散双电层引起的，胶粒间静电斥力的大小取决于电动电位的大小。溶剂化膜(水化膜)斥力与其厚度有关，厚度越大，斥力越大。 胶体粒子之间的吸力能是永恒，只是当胶体处于相对稳定状态时，吸力能被斥力能所抵消而已。一般说来，外界因素很难改变吸引力的大小，然而改变分散介质中电解质的浓度与价态则可显著影响胶粒之间的斥力位能。 电解质浓度的影响： 在低和中等浓度电解质时，总位能有一个最大值，但随着电解质浓度的升高，斥能峰降低；而高浓度电解质存在时，除了胶体粒于非常靠近的距离以外，在任何距离上都是吸引能占优势，在这种情况下聚结速度最快。在中等电解质浓度下，由于“远程”斥力能的作用，聚结过程延缓了。在低电解质浓度下存在明显的“远程”斥力作用，聚结过程很慢，要几周或几个月才发生明显的聚结。 通常用聚沉值和聚沉率两个指标定量他表示电解质对溶胶聚结稳定性的影响。 聚沉值：能使溶胶聚沉的电解质最低浓度称为聚沉值。各种电解质有不同的。该值仅仅是个相对值，它与溶胶的性质、含量、介质的性质以及温度等因亲有关。如果各种条件确定，那么电解质对浆一镕胶的聚沉值也是一定的，因此具体来讲，聚沉值(或临界聚沉浓度)是指在指定条件下，使胶体明显聚沉所需的最低浓度，以mol/l表示。聚沉值愈低，说明电解质的聚沉能力愈强。 聚沉率：聚沉值的倒数。聚沉率愈高，电解质的聚沉能力愈强。一般，电解质的聚沉值与反离子价数6次方成反比 反离子大小的影响： 同号离子的影响 与胶粒所带电荷相同的离子称为同号离子，一般说来。它们对胶体有一定的稳定作用，可以降低反离子的聚沉能力。但有机高聚物离子(聚电解质)例外，即使与胶粒带电相同、也能被胶粒吸附。 反离子价态越高，斥力越强。 同价离子的聚沉率虽然相近，但仍有差别，特别是 一价离子的差别比较明显。 相互聚沉现象： 一般情况下，带相同电荷的两种溶胶混合后没变化，当然也有个别例外若将两种相反电荷的溶胶相互混合，则发生聚沉，这种现象叫做相互聚沉现象。 由于多数钻井液都是粘土—水胶体分散体系，因此上面介绍的这类体系的稳定和聚结原理对钻井液优化设计和现场应用具有重要的指导意义。 总之，影响聚结稳定性的因素 阻碍粘土颗粒聚结的因素有： ? 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。 ? 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。 引起粘土颗粒聚结的因素有： ? 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。 ? 电解质的聚结作用： 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