【正文】 鉆井液工藝原理電子教案 第二章 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 第二節(jié) 粘土的性質(zhì) 一、帶電性 前言 ? 定義：指粘土礦物在與水接觸時(shí)的帶電符號(hào)和帶電量 ? 粘土帶電性驗(yàn)證：電泳實(shí)驗(yàn)（粘土在水中移向正極，帶負(fù)電荷） 電荷產(chǎn)生原因 電荷來(lái)源 ???值等的影響受粘土表面化學(xué)變化和表面電荷（可變電荷）晶格取代永久電荷（構(gòu)造電荷）pH永久電荷 晶格取代 ：粘土礦物晶體結(jié)構(gòu)中一部分陽(yáng)離子被另外一部分陽(yáng)離子所取代（置換），但晶體結(jié)構(gòu)不變的現(xiàn)象。 由于晶格取代是低價(jià)陽(yáng)離子取代了高價(jià)陽(yáng)離子，產(chǎn)生了過(guò)剩的負(fù)電荷，因此，一般情況下粘土帶負(fù)電。 伊利石與蒙脫石相比雖晶層結(jié)構(gòu)相同但由于晶格取代位置不同，因此層面電荷密度不同，水化難易程度不同。 表面羥基與 H+與 OH的反應(yīng)（ 可變電荷 ） 在酸性環(huán)境中： 羥基與 H+反應(yīng)，粘土帶正電性。 ﹥ AlOH + H+ ﹥ Al+ + OH 在堿性或中性條件下： 羥基與 OH反應(yīng)，粘土帶負(fù)電性。 ﹥ AlOH + OH ﹥ AlO + H2O 吸附 吸附負(fù)電性離子（ OH、 SiO32）：使粘土負(fù)電性增加 吸附正電性離子（ NW1）：使粘土負(fù)電性減少 分類(lèi) ?????換離子交換吸附，離子交化學(xué)吸附，化學(xué)鍵力力等物理吸附，氫鍵，分子粘土礦物帶電量 粘土帶電量通常用 ， ，說(shuō)明粘土所帶負(fù)電荷越多，三種常見(jiàn)粘土礦物的 。 礦物名稱(chēng) 高嶺石 315 蒙脫石 70130 伊利石 2040 思考題：為什么伊利石單位晶胞所帶負(fù)電荷比蒙脫石多，而 比蒙脫石??？ CEC： pH值等于 7的水溶液中 1千克粘土中可被交換出來(lái)的陽(yáng)離子電荷總數(shù)。 常見(jiàn)粘土礦物帶電性區(qū)別 礦物名稱(chēng) 帶電原因 （主） 電荷分布 mmol/100g土 高嶺石 解離 邊緣 315 蒙脫石 晶格取代 ALO八面體 70130 伊利石 晶格取代 SIO四面體 2040 影響因素 ：粘土類(lèi)型；分散程度； CEC； pH值等 第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用 一、 定義 水化： 粘土礦物表面容易吸附較多水分子的特性。 膨脹：粘土吸水后體積增大的性質(zhì)。 膨脹性是衡量粘土親 水性的指標(biāo)，親水性越強(qiáng)，吸水量越大，水化膨脹越厲害。 鉆井液工藝原理電子教案 第二章 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 二、 粘土的水化膨脹性 二、水化膨脹機(jī)理 各種粘土都會(huì)吸水膨脹，只是不同的粘土礦物水化膨脹的程度不同而已。粘 土水化膨脹受三種力制約： 表面水化力、滲透水化力和毛細(xì)管作用 。 (1)表面水化 ① 定義： 由粘土晶體表面直接吸附水分子和通過(guò)所吸附的可交換性陽(yáng)離子間接吸附水分子而導(dǎo)致的水化。 ② 表面水化機(jī)理 直接水化：粘土表面上的 H+和 OH通過(guò)氫鍵吸附水分子 間接水化：通過(guò)所吸附的可交換性陽(yáng)離子間接吸附水分子 (2) 滲透水化 ① 定義：由于晶層間陽(yáng)離子濃度大于溶液內(nèi)部 的陽(yáng)離子濃度，因而發(fā)生水的濃差擴(kuò)散，使水進(jìn)入晶層 . ② 作用機(jī)理：濃差擴(kuò)散 二、 粘土的水化膨脹性 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 擴(kuò)散雙電層的形成： + 滑動(dòng)面 吸附的可交換陽(yáng)離子解離 , 形成擴(kuò)散雙電層 ,產(chǎn)生負(fù)電性 ,晶層間相互排斥 ,間距增大 ,表現(xiàn)出膨脹性 水 (3) 粘土的膨脹 膨脹后分散 二、 粘土的水化膨脹性 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 (4)評(píng)價(jià)方法 ：吸水量法和膨脹量法 吸水量：總吸水量，單位重量土吸附水的總量（重量或質(zhì)量）；比親水量：?jiǎn)挝槐砻娣e吸水量（相當(dāng)于表面水化膜厚度）。 泥頁(yè)巖比親水量界面物理化學(xué)含義示意圖 二、 粘土的水化膨脹性 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 膨脹量：?jiǎn)挝恢亓空惩恋呐蛎涹w積（體積不受限制），另外一種表示方法水化應(yīng)力，即體積保持不變時(shí)，泥頁(yè)巖水化所產(chǎn)生的應(yīng)力效應(yīng)。 123 傳感器 二、 粘土的水化膨脹性 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 （ 5） 粘土礦物水化膨脹的影響因素 a. 粘土的帶電量 ， 增加 ， 膨脹性增大 b. 粘土礦物種類(lèi) ， 蒙脫石 伊利石 高嶺石 c. 粘土礦物補(bǔ)償 （ 可交換 ） 陽(yáng)離子種類(lèi)有關(guān) ， 如鈣土 （ Ca2+）晶層間距最大可達(dá) ， 而鈉土 （ Na+） 晶層間距可達(dá) 4nm。 d. 溶液中的離子濃度 ， 離子濃度增加 ， 嚴(yán)重壓縮雙電層 結(jié)果： e. 溫度 、 濕度等條件有關(guān) 不易水化水化膜斥力下降 下降雙電層斥力???? ))((?二、 粘土的水化膨脹性 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用 鉆井液工藝原理電子教案 第二章 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 三、 粘土的吸附性 吸附： 物質(zhì)在兩相界面上自動(dòng)濃集 (界面濃度大于內(nèi)部 濃度）的現(xiàn)象。 吸附質(zhì)：被吸附的物質(zhì)（鉆井液處理劑） 吸附劑：吸附吸附質(zhì)的物質(zhì)（粘土） 物理吸附：范德華引力引起，一般無(wú)選擇性， 吸附熱較小，容易脫附 吸附分類(lèi) 化學(xué)吸附：化學(xué)鍵力引起，具有選擇性，吸附熱較大，不易脫附。 例：陰離子和非離子處理劑在粘土上的吸附 例：陽(yáng)離子處理劑在粘土上的吸附 （ 1） 離子交換吸附 粘土礦物表面上離子 （ 通常為補(bǔ)償性陽(yáng)離子 ） 與溶液中同號(hào)離子間的交換作用 。 如自然界中的膨潤(rùn)土 （ 即蒙脫土 ） 絕大多數(shù)為鈣蒙脫土 ， 可轉(zhuǎn)化為鈉蒙脫土 ， Ca2+土 +Na2CO3 2Na+土 +CaCO3 （ 2） 特點(diǎn) 同號(hào) 、 等電量 、 可逆 （ 3） 影響因素 a. 離子價(jià)數(shù) 離子價(jià)數(shù)越大越容易發(fā)生離子交換 b. 離子半徑 離子半徑越大離子水化半徑越小 ， 離子的吸附性越強(qiáng)交換能力越大 ， 通常離子的交換能力由弱到強(qiáng)的排列順序?yàn)? Li+Na+K+(NH4+)Mg2+Ca2+Ba2+Al3+Fe3+H+ c. 離子濃度 離子濃度越大交換能力越強(qiáng) 三、 粘土的吸附性 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 四、 粘土的凝聚性 （ 1） 概念：粘土礦物 （ 顆粒 ） 在水分散體系狀態(tài)下 ， 通過(guò)不同的聯(lián)結(jié)方式產(chǎn)生絮凝或聚結(jié) （ 集 ） 的現(xiàn)象 。 粘土顆粒的聯(lián)結(jié)：絮凝和聚結(jié) （ 集 ） （ 2）粘土顆粒聯(lián)結(jié)方式 ???????????????聚結(jié)（反之分散）面，面絮凝（反之散凝）面，邊邊，邊FFEFEE?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 （ 3） 粘土顆粒在水分散體系中的存在狀態(tài) 粘土顆粒的存在狀態(tài)決定了粘土懸浮體系的流變性和濾失造壁性 （ 8種 ） 四、 粘土的凝聚性 ???????????????????? ?????????????邊面、邊邊、面面聯(lián)結(jié)邊面聯(lián)結(jié)邊邊聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)顆粒散凝，相互分散的面面聚結(jié)顆粒邊邊邊面共存邊面絮凝邊邊絮凝散凝，邊、面互不聯(lián)結(jié)分散狀態(tài)......./.dcbadcba粘土顆粒的存在狀態(tài) ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 試驗(yàn)： 淡水泥漿鈣侵后 ，失水增大，產(chǎn)生絮凝，粘土顆粒逐漸增大，進(jìn)一步增加鈣離子濃度，最終破壞粘土顆粒的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，形成水土分離的現(xiàn)象。 四、 粘土的凝聚性 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用 鉆井液工藝原理電子教案 第二章 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 第三節(jié) 粘土膠體化學(xué)基礎(chǔ) 一、基本概念 ：物理性