【正文】 數(shù)和即是粘土的凈電荷數(shù)，因粘土的負(fù)電荷一般都多余正電荷，故粘土一般帶負(fù)電荷。：⑴物理吸附⑵化學(xué)吸附⑶離子交換吸附a離子交換吸附的特點(diǎn)：粘土礦物通常是帶負(fù)電荷的，但是在一定條件下也可以帶正電荷。還有不少的固體表面上本身吸附一層離子，當(dāng)外加離子進(jìn)入溶液時(shí)，固體離子本身與溶液離子能進(jìn)行交換。一般天然的粘土都是自然的離子交換吸附，由于本身有硅氧四面體和鋁氧八面體結(jié)構(gòu)，使剩余的價(jià)鍵（一般都有負(fù)電）有可能吸附陽(yáng)離子，它們與外界離子也有相互交換作用。特點(diǎn)1：同號(hào)離子相互交換。特點(diǎn)2：等電量或等當(dāng)量交換（如一個(gè)鈣離子可與2個(gè)鈉離子交換）；特點(diǎn)3：離子交換吸附的反應(yīng)是可逆的，吸附和脫附的速度受離子濃度的影響。例如，鉆井液中的粘土吸附了鈉離子，當(dāng)遇到鈣侵時(shí)，鈣與粘土表面吸附的鈉進(jìn)行等當(dāng)量交換，使性能變壞，這時(shí)加入純堿，即增加溶液中的鈉離子濃度，同時(shí)鈣離子與純堿生成碳酸鈣沉淀，減少了鈣離子的濃度，鈉又把粘土表面吸附的鈣離子交換下來(lái)，使鉆井液性能又得到改善。這說(shuō)明，粘土分散的越細(xì)，比表面液越大，吸附能力就越大，吸附的離子就越多；比表面越小，吸附的離子就越少。b離子交換吸附強(qiáng)弱規(guī)律：規(guī)律1：離子價(jià)數(shù)影響：一般在溶液中濃度相差不大時(shí)，離子價(jià)數(shù)越高，粘土表面的吸附能力就越強(qiáng)，即離子交換到粘土表面上的能力越強(qiáng)。規(guī)律2 ：離子半徑的影響：同價(jià)數(shù)的不同離子濃度相近時(shí)，離子半徑小的，水化半徑大，離子中心離粘土表面遠(yuǎn)，吸附就弱；離子半徑大的，水化半徑小，離子中心離粘土表面近，吸附就強(qiáng)。規(guī)律3：離子濃度的影響：離子濃度受每一相中不同離子相對(duì)濃度的制約。如用膨潤(rùn)土配鉆井液時(shí)，加入純堿就可以變?yōu)殁c土。這是因?yàn)楫?dāng)提高了溶液中的鈉離子濃度時(shí)，與粘土上原來(lái)吸附的高價(jià)鈣、鎂離子發(fā)生了相互轉(zhuǎn)換。c粘土的陽(yáng)離子交換容量（也叫吸附容量）：PH值對(duì)陽(yáng)離子交換容量增加的影響是，鋁氧八面體中的羥基在強(qiáng)酸溶液中易電離，使粘土表面帶電；在堿性溶液中，氫離子易電離，使粘土表面負(fù)電荷增加。另外，溶液中OH 增多，它靠氫鍵吸附于粘土表面，使粘土的負(fù)電荷增多，從而增加了粘土的陽(yáng)離子交換容量。這些知識(shí)，有效地把握促進(jìn)或抑制粘土多分散度，獲得符合要求的鉆井液性能。粘土的水化作用是影響鉆井液的重要因素。粘度、切力和濾失量在很大程度上取決于粘土的水化作用。⑴化學(xué)結(jié)合水（晶格水）：粘土礦物中鋁氧八面體和羥基層，在高溫3000 C 時(shí)，其結(jié)晶水會(huì)受到破壞而失去。⑵吸附水（束縛水）：因分子間引力和靜電引力的作用，具有極性的水分子可被吸附到帶電的粘土表面上，在粘土顆粒周?chē)纬梢粚铀?，這部分水隨粘土顆粒一起運(yùn)動(dòng)。⑶自由水（液態(tài)水）：水分子不受粘土顆粒的束縛，重力作用下可在粘土顆粒之間自由移動(dòng)，當(dāng)加入絮凝電解質(zhì)后，粘土顆粒形成局部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包住了一部分自由水，這部分水不能自由移動(dòng)，必須和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于增加了鉆井液這的固相含量，從而減少了自由水，使鉆井液變稠。⑴不同陽(yáng)離子對(duì)粘土水化作用的影響：粘土一般帶負(fù)電荷，能將各種陽(yáng)離子和一些吸附狀態(tài)的水化陽(yáng)離子吸附到粘土表面上，在粘土表面形成水化膜。所以，粘土吸附的陽(yáng)離子不同，形成的水化膜厚薄也不相同。⑵粘土礦物本身性質(zhì)對(duì)水化膜的影響：粘土礦物構(gòu)造不同，水化作用差別很大。由于晶格間靠分子引力聯(lián)系，鍵能的強(qiáng)弱、晶格間距離的大小、取代位置和陽(yáng)離子交換容量的不同都使粘土水化膨脹差別很大。：粘土顆粒在水溶液中的連接方式不同，對(duì)粘土－水懸浮體的流動(dòng)性影響就不同。一般有三種連接方式：面－面、邊－面、邊－邊，三種連接方式也可能同時(shí)存在。聚結(jié)作用是粘土顆粒面－面連接，形成較厚的“層”或“束”，減少了粘土顆粒的數(shù)目，使粘度下降。分散作用是聚結(jié)作用的逆過(guò)程，可形成較多的顆粒數(shù)目和較高的粘度。粘土通常是在水化之前聚結(jié)，水化時(shí)發(fā)生分散，分散程度取決于水化電解質(zhì)的種類(lèi)、含量、時(shí)間、溫度、粘土的交換陽(yáng)離子的種類(lèi)和粘土的濃度等。絮凝作用是粘土顆粒邊－邊或邊－面連接，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，引起粘度增加。無(wú)論是降低顆粒間斥力，還是減薄水化膜，若加入＋2價(jià)陽(yáng)離子或升溫，都會(huì)促進(jìn)絮凝作用。鉆井液中加入的某些處理劑，因其在粘土表面優(yōu)先吸附，使粘土顆粒不再形成邊－邊或邊－面連接，具有解絮凝作用，這些處理劑就是我們常說(shuō)的降粘劑。很明顯，不管粘土顆粒間以什么方式連接，如果分散越細(xì)、顆粒越小，表面積就越大，吸附的水就越多，致使鉆井液性能變壞而不利于鉆進(jìn)。：粘土顆粒大小對(duì)鉆井液性能的影響主要取決于顆粒面積的大小，表面積大，吸附的水就越多。尤其是當(dāng)大顆粒分散成小顆粒后，體積雖然沒(méi)有改變，但表面積增加了，就會(huì)使吸附的水增多，導(dǎo)致鉆井液性能變壞，不利于鉆進(jìn)。例如，一粒直徑100um的鉆屑被攜帶到地面后，未被清除而留在鉆井液中，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)和鉆頭多次切削，就會(huì)變成12。5萬(wàn)個(gè)直徑為2um的小顆粒，不但增加了清除難度，還使表面積增加了50倍，這就需要用50倍的水來(lái)覆蓋其表面，使鉆井液的塑性粘度、屈服點(diǎn)、靜切力大大提高，流動(dòng)性變壞，直接影響鉆井速度。因此，在鉆進(jìn)時(shí)，第一次循環(huán)就必須采取有效措施，將井底返到地面的鉆屑盡可能多的清除掉，以提高機(jī)械鉆速，減少對(duì)油氣層的損害。—水界面的雙電層粘土顆粒遇水后，表面帶負(fù)電，在它周?chē)厝晃秸x子。粘土顆粒表面的負(fù)電荷（負(fù)離子）稱(chēng)為定勢(shì)離子；吸附在定勢(shì)離子周?chē)年?yáng)離子（正離子），由于帶電性相反，稱(chēng)為反離子。在粘土顆粒表面上的定勢(shì)離子與反離子這兩層離子電荷相反，帶電量相等，故整個(gè)粘土顆粒在靜止時(shí)是電中性的。吸附在定勢(shì)離子周?chē)姆措x子，一方面受粘土顆粒表面定勢(shì)離子的吸引要靠近粘土表面；另一方面這些反離子本身又互相排斥，此外還有其本身的熱運(yùn)動(dòng)使它自身擴(kuò)散，遠(yuǎn)離粘土表面。這兩種力同時(shí)作用的結(jié)果使反離子在粘土顆粒周?chē)欢ň嚯x內(nèi)呈擴(kuò)散分布狀態(tài)。在任一瞬間，部分反離子呈擴(kuò)散狀態(tài)分布，不隨粘土顆粒一起運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為擴(kuò)散層。吸附層和擴(kuò)散層稱(chēng)為雙電層。這樣，粘土—水界面上就形成了擴(kuò)散雙電層。取粘土顆粒表面的一部分來(lái)看，粘土顆粒表面有多少個(gè)負(fù)電荷，在其周?chē)厝晃酵瑯佣嗟膸д姾傻碾x子（也叫水化離子）。隨著與粘土顆粒表面的距離增大，正電荷的分布也由多到少，擴(kuò)散在外圍。因?yàn)榉措x子平衡了粘土顆粒的負(fù)總電荷，所以反離子電荷等于負(fù)離子的電荷，又等于吸附層電量和擴(kuò)散層電量的總和，可以表示為：E定=E反=E吸+E擴(kuò)式中E定=粘土表面定勢(shì)離子的總電荷；E反=粘土表面吸附反離子的總電荷；E吸=吸附層電荷；E擴(kuò)=擴(kuò)散層電荷。在粘土顆粒處于靜電場(chǎng)或劇烈運(yùn)動(dòng)的情況下，吸附層的反離子由于離粘土顆粒表面較近，與定勢(shì)離子吸引力較強(qiáng)，故可隨粘土顆粒一起運(yùn)動(dòng)；而擴(kuò)散層的反離子由于離粘土表面較遠(yuǎn)，與定勢(shì)離子的吸引力較弱，故不隨粘土顆粒一起運(yùn)動(dòng)，容易被摔掉。吸附層和擴(kuò)散層的交界面稱(chēng)為滑動(dòng)面。這樣，粘土顆粒就在運(yùn)動(dòng)中丟掉了擴(kuò)散層的反離子而顯示出一定的電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)就稱(chēng)為粘土顆粒表面的電動(dòng)電勢(shì)（或叫電動(dòng)電位），用符號(hào)ξ表示，故又可稱(chēng)為ξ電勢(shì)（或ξ電位）所謂ξ電勢(shì)就是指從滑動(dòng)面到溶液內(nèi)部過(guò)剩負(fù)電荷為零處的電位差，可用下式表示：ξ=E擴(kuò)=E定E吸=E反E吸一般來(lái)講，粘土顆粒表面的定勢(shì)離子的總電勢(shì)是不變化的，所以電動(dòng)電勢(shì)ξ的大小取決于吸附層電量E吸的大小。E吸越大，電動(dòng)電勢(shì)ξ就越小。粘土顆粒擴(kuò)散雙電層和電動(dòng)電勢(shì)受粘土水溶液中電解質(zhì)的影響。溶液中提供的陽(yáng)離子的濃度和類(lèi)型變化時(shí)，會(huì)使擴(kuò)散雙電層和電動(dòng)電勢(shì)ξ發(fā)生變化。因此，影響電動(dòng)電勢(shì)ξ的主要因素有：⑴吸附反離子的價(jià)數(shù)：粘土顆粒表面吸附反離子的價(jià)數(shù)越高，吸附層正電荷越多，吸附層電量E吸增加，則電動(dòng)電勢(shì)ξ越小，雙電層厚度減小。⑵吸附反離子的水化半徑：在同價(jià)離子中，離子半徑越小，水化越好（H+除外），水化離子的體積越大，吸附層內(nèi)能容納的離子數(shù)目相對(duì)越少，吸附層電量E吸減小，電動(dòng)電勢(shì)ξ越大，雙電層厚度增大。⑶溶液中反離子的濃度：對(duì)于同價(jià)同種離子來(lái)說(shuō)，溶液中反離子濃度越大，進(jìn)入吸附層的反離子數(shù)目越多，使吸附層電量E吸增大，電動(dòng)電勢(shì)ξ越小，雙電層厚度減小。這種現(xiàn)象稱(chēng)為粘土顆粒表面的擠壓雙電層現(xiàn)象。由以上分析可以看出，粘土顆粒在不斷的運(yùn)動(dòng)中甩掉了擴(kuò)散層的反離子而使表面帶負(fù)電荷。因同種電荷相斥，粘土顆粒間產(chǎn)生靜電斥力，當(dāng)粘土顆?？拷鼤r(shí)相互排斥而不聚結(jié)，從而保持了鉆井液的聚結(jié)穩(wěn)定性。另外，帶電量越大，即電動(dòng)電勢(shì)ξ越大，顆粒間斥力越大，鉆井液的聚結(jié)穩(wěn)定性就越高。：粘土顆粒的分散與聚結(jié)主要是由其受力狀況不同而引起的。如果粘土顆粒間的排斥力占優(yōu)勢(shì)，則粘土顆粒分散；若吸引力占優(yōu)勢(shì)，則粘土顆粒聚結(jié)。粘土顆粒的受力狀況可歸納為：⑴斥力：由粘土顆粒電動(dòng)電勢(shì)ξ造成的粘土層面上的靜電斥力和粘土顆粒表面水化膜的彈性斥力。⑵引力：由粘土層面上的分子間引力和棱角、邊緣處的異性電荷造成的靜電引力。通常粘土顆粒層面上由于電動(dòng)電勢(shì)ξ的存在，以斥力為主，而在棱角、邊緣處，因水化較差，顯示出由異性電荷造成的吸引力。粘土顆粒因?qū)用骈g相互排斥，在棱角、邊緣處互相吸引而形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。、絮凝和聚結(jié)：鉆井液中的粘土顆粒有很強(qiáng)的電動(dòng)電勢(shì)，且粘土顆粒的水化很好，水化膜很厚，粘土顆粒間的靜電斥力和水化膜彈性斥力使粘土顆粒不可能接近和互相連接，粘土呈高度分散狀態(tài)。這時(shí)鉆液具有較高的粘度，結(jié)構(gòu)性不強(qiáng)，切力不大。濾餅薄而致密，濾失量很小，穩(wěn)定性好，長(zhǎng)時(shí)間靜置也不會(huì)析出自由水。：如鉆井液中粘土的電動(dòng)電勢(shì)較小，粘土顆粒的水化較差，則顆粒間的靜電斥力和水化膜斥力都較弱，粘土顆粒的棱角、邊緣處水化也較差，這時(shí)粘土顆粒間可能以邊—邊和邊—面相連接，形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。粘土顆粒呈絮凝狀態(tài)，這時(shí)鉆井液有較高的粘度和切力，濾餅較厚且松散，濾失量較高，若靜置一段時(shí)間，則會(huì)形成凍膠狀，失去流動(dòng)性。：若粘土的電動(dòng)電勢(shì)很小，粘土顆粒的水化也很差，這時(shí)粘土顆粒將以面—面相結(jié)合而形成一層層重疊的大顆粒，這種狀態(tài)下的鉆井液粘度、切力很低，濾餅非常松散，濾失量很大，鉆井液的穩(wěn)定性很差，嚴(yán)重時(shí)粘土顆粒聚結(jié)變得很大，很快沉淀，出現(xiàn)聚沉現(xiàn)象。粘土在鉆井液中的狀態(tài)對(duì)鉆井液性能的影響很大，從維護(hù)鉆井液的穩(wěn)定性來(lái)看，粘土顆粒分散狀態(tài)較好，但其抗污染等能力較差；絮凝狀態(tài)雖要形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，但若適度絮凝，就是一種較好的鉆井液類(lèi)型。(m3)。造漿率越高，粘土的水化分散性越好，因此，粘土的造漿率大小也就是粘土分散為膠體的能力大小。鉆井液中膠體含量越高，穩(wěn)定性越好。粘土造漿率的大小受粘土的帶電性質(zhì)、吸附陽(yáng)離子的類(lèi)型、水化性、分散性等因素的影響。⑴鹽對(duì)粘土造漿率的影響鈉土由于其帶電性強(qiáng)、水化性好、水化膜厚，故造漿率高；鈣土水化性新式、水化膜薄，故造漿率低。為提高粘土的造漿率，配制粘土漿時(shí)加入適量純堿，除去鈣離子，增加鈉離子，使鈣質(zhì)土變?yōu)殁c質(zhì)土，提高粘土的造漿能力。由于加膨潤(rùn)土的方式的和程序不同，膨潤(rùn)土的造漿率也不一樣。把粘土先加水和化學(xué)分散劑使之充分水化，該方法配制的粘土漿粘度明顯高于把粘土直接加入鹽水中形成的粘土漿粘度。因此，為充分發(fā)揮膨潤(rùn)土的作用，使鉆井液保持分散狀態(tài)，配制鉆井液時(shí)應(yīng)盡量采用膨潤(rùn)土預(yù)水化的方法。⑵pH值對(duì)粘土造漿率的影響pH值大于9后，pH值增大，粘土分散性明顯增強(qiáng)，造漿率也提高。這是加為OH濃度增大，增加了膨潤(rùn)土表面的負(fù)電荷，使鈉質(zhì)土的含增大，水化分散性增強(qiáng)，膠體含量增加，所以粘度升高。pH值越大，這種現(xiàn)象越明顯。因此，細(xì)分散鉆井液的pH值大多控制在9以上。：沉降穩(wěn)定性（或動(dòng)力穩(wěn)定性）是指在重力作用下，分散相顆粒是否容易下沉的性質(zhì)。若下沉速度很小，則稱(chēng)訪體系具有沉降穩(wěn)定性。沉降穩(wěn)定性的影響因素有以下幾點(diǎn)：：分散相的顆粒本身所受重力作用的大小是沉降穩(wěn)定性的決定因素。若把顆粒近似看做球形，設(shè)其半徑為r，同時(shí)令分散相密度為ρ，分散介質(zhì)密度為ρ0，則分工作服相顆粒受重力作用所產(chǎn)生的沉降力為：由式（543）可見(jiàn)，分散相顆粒在膠態(tài)體系中所受的沉降力主要取決于顆粒半徑（r）的大小，其次是分散相與分散介質(zhì)的密度之差（ρρ0）。分散度越高，密度差越小，顆粒所受沉降力越小， 則顆粒越不易下沉，沉降穩(wěn)定性越好。：布朗運(yùn)動(dòng)是指膠體粒子在各個(gè)方向上進(jìn)行的頻繁而無(wú)序的運(yùn)動(dòng)。它是由于分散體系中分散介質(zhì)分子和分散相粒子處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并且分散相粒子又受到周?chē)橘|(zhì)不斷地撞擊而引起的。布朗運(yùn)動(dòng)是影響膠體體系沉降穩(wěn)定性的主要因素。由于布朗運(yùn)動(dòng)的存在，膠粒不會(huì)停留在某一固定位置上，使膠粒不為重力而沉降。布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈，沉降穩(wěn)定性越好。：膠粒受重力作用要下沉，其沉降速度可由下式求出：式中：μ—沉降速度；R—膠粒的半徑；η—分散介質(zhì)的粘度；ρ、ρ0—分別為膠粒和分散介質(zhì)的密度；g—常數(shù)。由式（543）可知，在其他條件相同時(shí)，顆粒的沉降速度與介質(zhì)的粘度成正比。因此，提高介質(zhì)粘度也是提高沉降穩(wěn)定性的重要手段。鉆井液之所以要求有一定的粘度，這也是一個(gè)重要原因。：鉆井液具有一定強(qiáng)度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)下沉粒子的阻礙作用稱(chēng)為切力懸浮作用。由于這種懸浮比膠體顆粒大得多的分散相顆粒，因此一般不作為膠體穩(wěn)定性的內(nèi)容進(jìn)行討論。聚結(jié)穩(wěn)定性是指分散相顆粒是否容易聚結(jié)變大的性質(zhì)。若分散相顆粒容易合并變大，則聚結(jié)穩(wěn)定性就差，沉降穩(wěn)定性也不好。因此，聚結(jié)穩(wěn)定性對(duì)鉆井液來(lái)說(shuō)具有重要意義。：⑴雙電層斥力：由于粘土顆粒周?chē)袛U(kuò)散雙電層，粘土顆粒在運(yùn)動(dòng)中就因丟失擴(kuò)散層的反離子而顯示出一定的電動(dòng)電勢(shì)ξ，電動(dòng)電勢(shì)ξ越高，顆粒間的靜電斥力越大，粘土顆粒就越難聚結(jié)合并。⑵水化膜阻力：粘土顆粒在水中帶負(fù)電，必然吸附水化正離子和極性水分子定向排列于粘土顆粒表面，形成粘土顆粒周?chē)奈剿?，并且雙電層越厚，水化膜越厚，顆粒間越不容易聚結(jié)。：⑴粘土顆粒的分子間引力（范德華力）：無(wú)論是粘土水溶膠，還是其他膠體，它們的顆粒都會(huì)自動(dòng)聚結(jié)合并，這一事實(shí)說(shuō)明顆粒間存在著數(shù)量上足以和雙電層斥力相抗衡的吸力，這個(gè)吸力就是范德華力。理論推知，在作用力的范圍內(nèi)，顆粒之間的吸力比單個(gè)分子之的吸力強(qiáng)得多，并且顆粒越大，相互間的距離越近，吸力越大。所以，當(dāng)粘土顆粒相互靠近到吸力作用范圍內(nèi)，且吸力大于斥力時(shí)，粘土顆粒就會(huì)發(fā)生聚結(jié)（或叫絮凝）。⑵電解質(zhì)的聚結(jié)作