粘土基础2.28.ppt

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1、第二章粘土矿物和粘土胶体化学基础研究粘土矿物的意义：粘土是钻井液的重要组成成分，钻井过程中井眼的稳定性、油气层的保护均与地层中的粘土矿物类型和特性密切相关。粘土主要是由粘土矿物组成的。粘土的组成粘土矿物：高岭石、伊利石、蒙脱石等粘土非粘土矿物：石英、长石等非晶质的胶体矿物：蛋白石、氢氧化铁、氢氧化铝等第一节粘土矿物的晶体构造和性质一、粘土矿物（ClayMineral）的分类和化学组成1.分类粘土矿物按照硅氧四面体和铝氧八面体这两种晶片的配合比例可分为1：1（一层硅氧四面体晶片与一层铝氧八面体晶片相结合构成单元晶层）、2：1（两层硅氧四面

2、体晶片中间夹一层铝氧八面体晶片相结合构成单元晶层）、2：2（硅氧四面体晶片与铝氧八面体晶片交替排列的四层晶片构成单元晶层）以及层链状结构（硅氧四面体组成的六角环依上下相反方向对列）等几类。粘土矿物的分类粘土矿物的化学组成主要介绍高岭石、蒙脱石、伊利石结论：高岭石，氧化铝含量较高；蒙脱石，氧化铝含量较低；伊利石，氧化钾含量较高。2.2粘土类型和含量测定1.采用X射线衍射利用粘土矿物特征峰的d001鉴定粘土类型，依据行业标准SY/T5163－1995“用X射线衍射仪测定沉积岩粘土矿物的定量分析方法”求出粘土矿物的相对含量2.扫描电镜利用粘土

3、矿物的特殊心态，可确定出粘土矿物的类型和含量3.薄片技术利用光学显微镜观岩石薄片。二几种主要粘土矿物的晶体构造1.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硅氧四面体俯视图硅氧四面体晶片特点：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。俯视硅氧四面体的排列是六角形特点：俯视硅氧四面体的排列是六角型的网络，即为硅氧四面体晶片。2）铝氧八面体与铝氧八面体晶片特点：六个顶点为氢氧原子团，铝、镁或铁原子居于八面体中央。铝氧八面体铝氧八面体俯视图铝氧八面体晶片晶层概念四面体晶片与八面体晶片通

4、过共用的氧原子连接在一起结合，构成晶层。高岭石(Kaolinite)：晶体构造特点：a单元晶层构造：一片硅氧四面体和一片铝氧八面体晶片组成，晶层之间连接紧密，无晶格取代现象发生；b构造单元中原子电荷是平衡的，无电性；c1：1型粘土矿物。结论：由于晶体构造的特点，阳离子交换容量小，水分子不容易进入晶层中间，为非膨胀型粘土矿物，故水化性能差，造浆性能差。一般不做配浆材料。晶格取代作用的概念是在其结构中某些原子被其他化合价不同的原子取代而晶体骨架保持不变的作用。例如四面体中的部分Si4+被Al3+取代，八面体中的Al3+被Mg2+、Fe2+、

5、Zn2+等取代。晶格取代：LatticeDisplacement蒙脱石(Montmorillonite)：晶格构造特点：a是叶蜡石的衍生物（之所以说是衍生物，原因是叶蜡石自身无电性，但蒙脱石带负电，因为它发生了晶格取代作用，因此可以吸附等电量的阳离子）b晶层单元由两片硅氧四面体晶片和夹杂在他们之间的一片铝氧八面体晶片构成。c各晶层之间以分子间力连接，连接力弱，水分子易进入晶层之间，引起晶格膨胀，那表面和外表面均可进行水化及阳离子交换。结论：A为膨胀型粘土矿物。B2：1型粘土矿物三层型膨胀型粘土晶格示意图3）伊利石（水云母）(Illite

6、)结论：a伊利石是三层型粘土矿物b晶格取代作用多发生在四面体中，铝原子取代四面体的硅。因此：晶胞平均负电荷比蒙脱石高。C伊利石晶格不易膨胀(?)4)绿泥石(Chlorite)结论：整体无层间水；部分发生晶体膨胀（LatticeExpansion）和层间有水。5）海泡石族（KinsiteTribe）俗称：抗盐粘土，属于链状构造的含水铝镁硅酸盐。包括：海泡石。凹凸棒石、坡缕缟石等。特点：晶体构造常为纤维状，经搅拌后其纤维互相交叉，形成“乱草堆”似的网架结构。性质：a含有较多的吸附水，具有良好的热稳定性，适用于配制深井钻井液；b具有良好的抗盐

7、稳定性，因此适合配制海洋钻井和高压盐水或岩盐层的钻井液。三粘土的电性粘土晶体的电荷可分为：永久负电荷、可变负电荷和正电荷。原因：是由于粘土在自然界形成时发生晶格取代作用所产生的。原因：介质的pH值改变，引起粘土所带电荷的数量改变，这种电荷称之为可变负电荷。原因：粘土介质的pH值低于9时，粘土晶体端面上带正电荷。永久负电荷结论：a伊利石的永久负电荷主要来源于硅氧四面体晶片中的硅被铝取代；b永久负电荷多少规律：伊利石>蒙脱石>高岭石c粘土的永久负电荷大部分分布在粘土晶层的层面上。粘土的交换性阳离子及阳离子交换容量的测定粘土的交换性阳离子的

8、概念：（ExchangeCation）粘土一般都带负电荷，为了保持电中性，粘土必然从分散介质中吸附等电量的阳离子，这些被粘土吸附的阳离子，可以被分散介质中的其他阳离子所交换，因此成为粘土的交换性阳离子。阳离