粘土性质及在钻井液中的应用-白璐.docx

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1、油田化学论文论文题目：粘土性质及在钻井液中的应用学院：石油工程学院班级：石油工程（卓越）1209班作者姓名：学号：粘土性质及在钻井液中的应用粘土是配制钻井液的重要原材料，它的主体矿物为粘土矿物。粘土矿物的结构和基本特性与钻井液的性能及其控制与调整密切相关；粘土在钻井液中有悬浮、增粘作用，对井壁稳定、油层保护有重要影响。粘土是一种或多种呈疏松或胶状致密的水铝硅酸盐矿物，是多种微细矿物和杂质的混合物。自然界中的粘土是多种含水铝硅酸盐矿物的混合物，外观多为土状或致密块状，呈白、黄、红、黑、灰等多种颜色，颗粒细微，大多数均不大于2μ

2、m，晶体呈片状、管状、球状以及六角鳞片状等。粘土的主体是由各类粘土的矿物组成，通常还含有杂质矿物，如未风化的岩石碎屑、石英砂、长石、云母、方解石、黄铁矿、有机物杂质等。自然界的粘土是由富含如长石、伟晶花岗岩等铝硅酸盐矿物的岩石经过长期地质年代的风化、水解、热液蚀变等作用而形成的。1、粘土矿物类型粘土矿物(clayminerals)是粘土和粘土岩中晶体一般小于2微米，主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。有的在其成分中还有某些碱金属或碱土金属存在。粘土矿物包括高岭石族矿物、蒙皂石、蛭石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石

3、和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物，此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕石（凹凸棒石）和海泡石以及非晶质的水铝英石。除水铝英石外均属层状或层链状结构硅酸盐，因此粘土矿物可按层状结构硅酸盐矿物的分类来划分。粘土矿物按成因可分为他生粘土矿物和自生粘土矿物两类，他生粘土矿物主要是来自沉积物源区的陆源矿物，矿物成分与母源区岩石类型关系密切；自生粘土矿物为储层在特定成岩阶段化学反应析出的矿物，如自生绿泥石、自生高岭石等。不同成因粘土矿物通常具有不同的矿物组合、产状、晶形和分布规律等特征。粘土矿物的粒度细小，其大小和形态需用电子显微镜才

4、能测定。多数粘土矿物如伊利石等呈鳞片状，结晶良好的高岭石则呈完整的假六方片状。少数粘土矿物呈管状（埃洛石）或纤维状（坡缕石和海泡石）。2、粘土组成粘土的组成包含化学组成、矿物组成和颗粒组成等三个方面。（1）、化学组成由于粘土是由含水铝硅酸盐矿物组成的混合物，故粘土的主要化学成分为SiO2、Al2O3和H2O，同时还含有碱金属氧化物（K2O、Na2O）、碱土金属氧化物（CaO、MgO）、着色氧化物（Fe2O3、TiO2）以及烧失成分（机械结合水、化合水、有机质、碳酸盐、硫酸盐等）。根据粘土的化学组成可以初步判断和估计粘土的一些

5、性能。如粘土中Al2O3含量较高，杂质含量较少时，原料耐火度较高且难以烧结；当粘土中SiO2较多时，说明该粘土中游离石英较多，砂性重，成型时可塑性较差；若粘土中K2O和Na2O总量大于2%时，烧结温度较低；当Fe2O3含量大于0.8%时，制品白度降低，呈灰白色、黄色，甚至暗红色。（2）、矿物组成天然粘土通常并不是单一矿物，而是由多种矿物的混合物，只是其中一种是主要矿物。根据主要粘土矿物的不同，可将天然粘土分为高岭石类、蒙脱石类和伊利石类三种。高岭石是一种常见的粘土矿物，其主要成分是高岭石（Al2O3·2SiO2·2H2O），

6、其中Al2O339.5%、SiO246.54%和H2O13.96%，结构式为Al4[Si4O10](OH)8。高岭石是高岭土原料中的主要矿物成分。当高岭土中的高岭石矿物含量高，杂质较少，耐火度也较高，烧成后颜色较白，高温时莫来石发育较好，机械强度、热稳定性、化学稳定性均较好。但因其吸附能力弱，分散度较小，故其可塑性和结合性较差。蒙脱石又称微晶高岭石或胶岭石，是一种常见的粘土矿物。以蒙脱石为主要矿物的粘土称为膨润土。呈白色或灰白色，有时因含杂质而呈黄色、浅红色、蓝绿色等。比密度为2.2-2.9，硬度1-2。属于单斜晶系晶体，其

7、理论化学通式Al2O3·4SiO2·nH2O（n通常大于2），晶体结构式为Al4(Si8O20)(OH)4·nH2O。蒙脱石易于粉碎，颗粒细小，可塑性较强，遇水体积膨胀，干燥收缩率较大，干燥强度高，但含杂质较多，收缩较大，故烧成温度较低。在陶瓷生产中其用量一般控制在5%以下，否则，产品易出现变形、开裂等质量缺陷。伊利石类矿物又称水云母类矿物，是由云母水解成高岭石的中间产物。伊利石属于单斜晶系，晶体呈厚薄不等的鳞片状，有时有劈裂、折断痕迹，也有呈板条状。纯的伊利石多呈白色，含杂质时呈黄、绿、褐等色，比密度为2.6-2.9，硬度

8、1-2。伊利石类粘土一般可塑性较差，干燥强度低，干燥和烧成收缩均较小，烧结温度低，烧结范围窄。（3）、颗粒组成粘土的颗粒组成是指粘土中含有不同大小颗粒的百分比含量。粘土中的粘土矿物颗粒较细，粒径在2μm以下。当然，粘土种类不同，颗粒大小亦有区别，蒙脱石、伊利石类粘土的颗粒比高岭石类粘土细小