钻井液基础知识讲座

《钻井液基础知识讲座》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、钻井液基础知识讲座王树永粘土矿物和粘土胶体化学基础第一部分（1）粘土主要是由粘土矿物(含水的铝硅酸盐)组成的，除粘土矿物外，还含有不定量的非粘土矿物，如石英、长石等。（2）大多数粘土颗粒的粒径小于2μm，它们在水中有分散性、带电性、离子交换以及水化性。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。（2）钻井过程中井眼的稳定性（3）油气层的保护。前言第一节粘土矿物的晶体构造一、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

2、之间的距离相等，其结构见右图上。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，其立体结构见右下图。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(如右上图所示)。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。一、粘土矿物的两种基本构造单元3、晶片的结合晶层：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。OOHSi-OAl-O一、粘土

3、矿物的两种基本构造单元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-OAl-OSi-O一、粘土矿物的两种基本构造单元C晶层间距C：一个晶层到相临晶层的垂直距离层间域：相邻晶层之间的空间层间物：层间域中的物质单位构造：晶层+层间域二、几种常见粘土矿物的晶体构造1、基本概念（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，产生过剩电荷的现象。Si-O四面体：Al3+取代Si4+粘土带负电荷Al-O八面体：Mg2+、Fe2+取代Al3+蒙脱石在不发生晶格取代时，其理想结构式为：Al2Si4O(O

4、H)2.nH2O蒙脱石的实际结构式为：(1/2Ca,Na)x(MgxAl4-x)(Si8O20)(OH)4.nH2O二、几种常见粘土矿物的晶体构造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-xAlx)O20(OH)20（2）阳离子交换容量（C.E.C)定义：分散介质PH=9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是粘土的一个很重要的指标，因为它与粘土性质（如水化膨胀、分散等）密切相关。二、几种常见粘土矿物的晶体构造（

5、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。造浆率越高，说明粘土的水化分散能力越强。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①高岭石晶体结构示意图二、几种常见粘土矿物的晶体构造②高岭石特点A、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。Si

6、-OAl-OOHO二、几种常见粘土矿物的晶体构造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。二、几种常见粘土矿物的晶体构造⑵蒙脱石①蒙脱石晶体结构示意图Al-OSi-OSi-OSi-OSi-OAl-O二、几种常见粘土矿物的晶体构造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。二、几种常见粘土矿物的晶体构造D、C.E.C大（70-130mmol

8、/100g土)原因在于蒙脱石存在晶格取代，所以带负电荷较多，周围吸附的阳离子数目较多，可发生交换的阳离子数目多，所以C.E.C大。Ｅ、造浆率高◆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