粘土矿物的晶体构造

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1、粘土矿物的晶体构造钻井泥浆是由粘土、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。+钻井泥浆粘土矿物的晶体构造粘土的性质粘土矿物基本构造单元常见粘土矿物的晶体构造造浆粘土的选用本次课主要讲授内容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）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，

2、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。（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（≤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。前言一、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

3、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。顶氧底氧第一节粘土矿物的晶体构造硅氧面体晶片：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。一、粘土矿物的两种基本构造单元第一节粘土矿物的晶体构造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)。氢氧一、粘土矿物的两种基本构造单元第一节粘土矿物的晶体构造铝氧八面体晶片：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。一、粘土矿物的两种基本构造单

4、元第一节粘土矿物的晶体构造3、晶片的结合层面是O层面上是OHSi-O晶片Al-O晶片晶层：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。一、粘土矿物的两种基本构造单元第一节粘土矿物的晶体构造（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晶片一、粘土矿物的两种基本构造单元第一节粘土矿物的晶体构造（3）层间域/层间距一、粘土矿物的两种基本构造单元第一节粘土矿物的晶体构造1、基本概念

5、（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+粘土带负电荷二、几种常见粘土矿物的晶体构造第一节粘土矿物的晶体构造例1：蒙脱石在不发生晶格取代时，其理想结构式为：Al4Si8O20(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

6、）4伊利石的实际结构式为：(K)xAl4(Si8-xAlx)O20(OH)4二、几种常见粘土矿物的晶体构造第一节粘土矿物的晶体构造（2）阳离子交换容量（C.E.C,cationexchangecapacity)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二、几

7、种常见粘土矿物的晶体构造第一节粘土矿物的晶体构造第一节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第一节粘土矿物的晶体构造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。二、几种常见粘

8、土矿物的晶体构造第一节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