钻井液原理第二章粘土矿物

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1、粘土矿物和粘土胶体化学基础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钻井液工艺原理电子教案—第二章粘土粘土与钻井的关系（1）粘土作为钻井液的重要组成成分，配浆原材料。（2）钻井过程中井眼的稳定性，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，粘土矿物膨胀与钻井液配浆粘土堵塞。上一内容下一内容回主目录返回前言（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）粘土矿物：细分散的（≤2um）含水的铝硅酸盐类矿物的总称，可进

2、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。钻井液工艺原理电子教案第二章第一节粘土矿物的晶体构造上一内容下一内容回主目录返回一、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。顶氧底氧硅氧面体晶片：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。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)。钻井液工艺

3、原理电子教案第二章上一内容下一内容回主目录返回第一节粘土矿物的晶体构造氧或羟基铝氧八面体晶片：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3、晶片的结合层面是O层面上是OHSi-O晶片Al-O晶片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第一节粘土矿物的晶体构造晶层：四面体晶片与八面体晶片以适当的方式结合，构成晶层（1）1：1型晶层：由一个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体晶片构成。（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。氧原子氧原子Si-O晶片Al-O晶片Si-O晶片第一节粘土矿物的晶体构造1、基本概念钻井液工艺原理电子教

4、案第二章上一内容下一内容回主目录返回二、几种常见粘土矿物的晶体构造（1）晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另外阳离子所置换，而晶体结构不变，产生过剩电荷的现象。Si-O四面体：Al3+取代Si4+Al-O八面体：Mg2+、Fe2+取代Al3+粘土带负电荷例1：蒙脱石在不发生晶格取代时，其理想结构式为：Al4Si8O2(OH)4.nH2O蒙脱石的实际结构式为：(1/2Ca,Na)x(MgxAl4-x)(Si8O20)(OH)4.nH2O例2：伊利石在不发生晶格取代时，其理想结构式为：Al4（Si8O20）（OH）4伊利石的实际结构式为：(K)xAl4(Si8-xAl

5、x)O20(OH)20（2）阳离子交换容量（C.E.C)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。（3）造浆率：一吨干粘土所能配制粘度（表观粘度）为15mPa.s钻井液的体积数，m3/T。造浆率粘土的水化分散能力2、几种常见粘土矿物的晶体构造（1）高岭石①高岭石晶体结构示意图②高岭石特点Si-OAl-OOHOA、1：1型粘土矿物B、几乎不存在晶格取代，负电量少C、晶层间引力以氢键为主，引力强，晶层间距C=7.2Å问题：高岭石属非膨胀性

6、粘土矿物，为什么？高岭石上下相临的层面，一面为OH面，另一面为O面，而O与OH很容易形成氢键，层间引力较强，晶层间连接紧密，水分子不易进入晶层。D、C.E.C低（3-15mmol/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。Ｅ、造浆率低高岭石晶层间以氢键为主，引力较强，晶层间连接紧密，水分子不易进入晶层间，水化作用仅限于外表面，故水化分散能力差，造浆率低。⑵蒙脱石Al-OSi-OSi-OSi-OSi-OAl-O①蒙脱石晶体结构示意图②

7、蒙脱石特点A、2：1型粘土矿物B、存在晶格取代，取代位置主要在AL-O八面体中，即AL3+被Mg2+、Fe2+和Zn2+等取代，产生的负电荷由等量的Na+或Ca2+来平衡。C、晶层间引力以分子间力为主，引力弱，晶层间距C=9.6Å-40Å，属膨胀型粘土矿物，为什么？◆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。◆蒙脱石由于晶格取代产生较多的负电荷，在它周围必然会吸附等电量的阳离子，水化阳离子给粘土带来厚的水化膜，使蒙脱石膨胀。D、C.E.C大（70-130mmol/100g土)Ｅ、造