发布时间 : 星期二 文章中南钻井专2005级钻井液讲稿更新完毕开始阅读819c492ccc22bcd127ff0c1c
1）层间因K?的静电作用，接合力强。
2）不易水化膨胀，呈脆性，易剥落掉块。 三、高岭石(Kaolinite)
1.晶体构造
（1）由一层硅氧四面体片和一层铝氧八面体片组成单位晶胞 （2）晶格中几乎没有晶格取代现象 2.特点
（1）晶层一面为氧层，另一面为氢氧层，层间形成氢键，层间联结力强。 （2）不易吸水膨胀
故含高岭石多的黄土，配出的泥浆造浆率低。 四、凹凸棒石——海泡石
1.晶体构造
纤维状（或棒状）粘土矿物，构造中有许多通道。 2.特点
1）造浆率高
2）抗盐性和热稳定性好
故是配制盐水泥浆和深井泥浆好材料 五、粘土矿物类型
?1：1型高岭石???层状结构1型蒙脱石、伊利石?2：???间层型伊?蒙混层 ????凹凸棒石?纤维状???海泡石?§1—3 粘土—水界面的吸附作用
一、吸附的概念
1. 吸附的意义
物质在两相界面自动浓集的现象。 2. 发生吸附的原因
表面分子受力不平衡，能将周围的物质吸附在表面上去。减少净吸力，使表面张力降低，从而使表面能降低。 3. 吸附的特点
（1） 吸附为动态平衡 （2） 吸附为放热过程 （3） 吸附速度慢 4. 吸附的类型
?物理吸附（1）按作用的性质分类?
化学吸附?二、离子交换吸附
粘土颗粒吸附的阳离子与溶液中的阳离子进行交换的吸附过程。 1.特点
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1）同电性离子等电量交换 例 Ca2+-2Na+
2）离子交换吸附是可逆的
粘土胶体2Na++Ca2+=粘土胶体Ca2++2Na+ 3）离子交换吸附速度慢 2.离子交换吸附的规律
1）不同价的阳离子，在其它条件相同时，离子价越高。吸附能力越强。 2）同价阳离子吸附强弱取决于离子半径和水化程度。 常见阳离子交换吸附能力强弱顺序见P13 3）离子交换吸附受离子浓度影响。 3.粘土的阳离子交换容量（CEC值） 1）定义
在PH值为7的条件下，粘土所能吸附的可交换性阳离子总量（eq/kg）
蒙脱石的补偿阳离子基本上可全部交换其CEC值可恒量其带电量和晶格取代程度，但伊利石不行。
2）影响因素 Ⅰ.粘土的本性
蒙脱石>伊利石>高岭石 Ⅱ.分散度
Ⅲ.PH值的影响
§1—4 粘土—水界面双电层
一、莱斯实验
1809年莱斯实验，通电流时，水中颗粒向阳极移动——电泳；实验表明：粘土颗粒在水中带负电。
二、粘土颗粒带电原因 1.晶格取代
2.裸露的Al—OH中的H+电离 3.吸附阴离子（以氢键吸附）
带电量的大小主要取决于晶格取代，几种粘土矿物颗粒带电量大小顺序为蒙脱石>伊利石>高岭石。
三、扩散双电层的形成
粘土颗粒表面带电性质不仅与粘土本身有关，而且与双电层有关。
粘土颗粒表面吸附的阳离子（称反离子）在水中解离，离开粘土颗粒表面，粘土颗粒带负电荷，它对阳离子又产生静电吸引，故作用在反离子的力有两种。
1.作用在反离子上的力。
（1） 扩散力——受极性水分子的影响和自身的热运动向水中扩散的力。 （2） 吸引力——带电粘土颗粒表面对反离子的静电引力。
粘土颗粒表面吸附的反离子在两种相反作用力的作用结果。使反离子扩散地分布在界面周围，构成扩散双电层。
2.扩散双电层定义
带电表面及反离子构成的电层，它们电荷相反，电量相等。
吸附层：与周面紧密连接着的一层反离子和部分水分子构成的内层。 扩散层：反离子成扩散的分布在液相内构成的外层。 滑动面：吸附层与扩散层的分界面。
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当离子移动时，界面上的吸附层随着一起移动，所以固体粒子与吸附层是一整体，称为胶粒。
胶粒：固体离子和吸附层
胶粒移动时扩散层的反离子而带负电。胶粒所带电荷所产生的电势，称为?电势（位）。?电位反映了胶粒带电的多少，?电位越小，即吸附层内反离子越多，相应地扩散层反离子少，故双电层薄，胶粒带电少。
四、电解质对?电势的影响 1.电解质挤压双电层
电解质加入后，使双电层变薄，?电势下降的现象。
2.原因
电解质加入后，溶液中反离子浓度增大，由于反离子的扩散作用和粘土颗粒的静电引力作用，导致反离子进入吸附层的机会增多，使双电层变薄，胶粒电荷减少，?电位降低。
随着电解质浓度增加，?电势逐渐下降，当电解质浓度增大到一定值时，?电势为零：?电势为零的状态称为等电态，等电态时，胶粒不带电，粘土颗粒静电斥力消失，这时粘土颗粒易发生聚结。
五、粘土平表面和端面的双电层区别 双电层类型 比较项目 带电性 平表面双电层 负电性 较高 较厚 端面双电层 正或负电性 较低 较薄 ?电势 双电层 §1—5 粘土的水化作用 粘土的水化作用直接关系水基钻井液性能及井壁稳定。 一、水化作用的意义
粘土颗粒表面吸附水分子，使其表面形成水化膜，晶层间距增大，产生膨胀乃至分散的作用。
二、粘土水化作用产生的原因及方式
1.粘土表面直接吸附水分子而水化（称直接水化） 原因：(1)降低表面能而产生吸附水分子到粘土表面。
(2)粘土带负电，而水分子是极性分子。水分子受静电引力作
用定向排列在粘土表面。定向排列的吸附水化膜，具有一定强度。 (3)粘土晶格里的氢或氢氧层通过氢键吸附水分子。
2.粘土颗粒表面间接吸附水分子水化，由于粘土带负电，表面紧密地排列着一层阳离子，这层反离子的水化给粘土表面带来水化膜。
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粘土的水化以间接水化为主，那么阳离子的水化越好，粘土的水化膜越厚。 三、影响粘土水化的因素 1.粘土的本性。 1）晶层间的联结力 2）带电量
2.补偿阳离子性质
例如：钙蒙脱石吸水膨胀后，底面间距为17A0 ，钠蒙脱石吸水膨胀后，底面间距为41A0
原因：
Na+ Ca2+ 离子半径 0.93 1.06 水化半径 7.90 10.00 带电量 ---- Na+的2倍 因而使用钙蒙脱石配浆时，要加入Na2CO3 3???Na土 Ca土?NaCO3.水溶液性质
4.温度和时间
四、粘土的水化膨胀
粘土水化膨胀分为两个阶段， 1.表面水化
水分子是向排列于晶层表面，达四个水分子层。 2.渗透水化
粘土层间离子浓度大于钻井液中离子浓度。
§1—6 粘土—水悬浮体的稳定性和聚结
粘土水分散体系的分散与聚结互相转化，常常是钻井液性能发生变化的本质，钻井液的维护与处理都是围绕这对矛盾展开的。
一、沉降稳定性及影响因素 1.沉降稳定性
分散相颗粒能克服重力的作用，所具有的稳定性。 2.影响沉降稳定性的因素
根据斯托克斯定律进行分析分散相离子所受的净重力
44???r3?g??r3?0g 下沉的阻力 F?6??ru
334匀速下沉P?F： ?r3g(???0)?6??ru
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2r2(???0)u??g——斯托克斯定律
91.颗粒尺寸 2.分散相和分散介质的密度差
3.分散介质粘度、颗粒尺寸是关键，要保证重晶石不下沉应具有一定细度，胶体粒子尺寸小，具有沉降稳定性，但胶体粒子具有聚结不稳定性，当胶体粒子聚结变成大颗粒时就失去了沉降稳定性，因此二者互相影响的，要维持粘土颗粒的沉降稳定性，必须保证聚结稳定性。
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