鉆井液工藝學(xué)1-2章總結(jié)

1、鉆井液工藝學(xué)鉆井液工藝學(xué)Drilling Fluids Technology 今天如果沒有它們，就不可能鉆出深井。今天如果沒有它們，就不可能鉆出深井。現(xiàn)代化的鉆井液是現(xiàn)代化的鉆井液是 油井的命脈油井的命脈鉆井的血液鉆井的血液。為什么要用學(xué)鉆井液（泥漿）？為什么要用學(xué)鉆井液（泥漿）？鉆井的目的鉆井的目的:1、鑿開地層，建立地下油氣資源的輸出通道。、鑿開地層，建立地下油氣資源的輸出通道。2、獲取地下巖石和油、氣、水等有關(guān)信息。、獲取地下巖石和油、氣、水等有關(guān)信息。鉆井必須的流體鉆井必須的流體-鉆井液鉆井液 學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)本課本課程重程重要性要性油田應(yīng)用化學(xué)的主要工作對(duì)油田應(yīng)用化學(xué)的主要工作對(duì)象是鉆井液本

2、身象是鉆井液本身石油工程的主要工作對(duì)象是石油工程的主要工作對(duì)象是地層（含粘土）地層（含粘土）石油工程與油田應(yīng)用化學(xué)的石油工程與油田應(yīng)用化學(xué)的重要的理論基礎(chǔ)重要的理論基礎(chǔ)目目 錄錄 v 第一章第一章 緒論緒論v 第二章第二章 粘土膠體化學(xué)基礎(chǔ)粘土膠體化學(xué)基礎(chǔ)v 第三章第三章 鉆井液流變性鉆井液流變性v 第四章第四章 鉆井液的失水和造壁性鉆井液的失水和造壁性v 第五章第五章 鉆井液處理劑及作用鉆井液處理劑及作用v 第六章第六章 水基鉆井液水基鉆井液v 第七章第七章 油基鉆井液油基鉆井液v 第八章第八章 鉆井液固相控制鉆井液固相控制v 第九章第九章 復(fù)雜情況下的鉆井液工藝復(fù)雜情況下的鉆井液工藝v 第

3、十章第十章 保護(hù)油氣層鉆井液技術(shù)保護(hù)油氣層鉆井液技術(shù)v 第十一章第十一章 抗高溫處理劑抗高溫處理劑 本章要求本章要求了解掌握了解掌握主要作用、類型主要作用、類型和組成和組成鉆井液技術(shù)發(fā)展鉆井液技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史簡(jiǎn)史鉆井液、完井鉆井液、完井液概念液概念基本性能參數(shù)基本性能參數(shù)第一章第一章 緒緒 論論1 11 1 鉆井液、完井液的定義鉆井液、完井液的定義狹義鉆井液狹義鉆井液 粘土以小顆粒狀態(tài)粘土以小顆粒狀態(tài)(2um)分散在水中所分散在水中所 形成的溶膠懸浮體。形成的溶膠懸浮體。 廣義鉆井液廣義鉆井液 凡鉆進(jìn)中一切有助于從井眼產(chǎn)生和清除凡鉆進(jìn)中一切有助于從井眼產(chǎn)生和清除 鉆屑的流體（液、氣、液鉆屑的流體（

4、液、氣、液+氣）。氣）。 (drilling fluid)廣義完井液廣義完井液 一切與產(chǎn)層接觸的流體（各種鹽水、聚合一切與產(chǎn)層接觸的流體（各種鹽水、聚合 物溶液、鉆井液、泡沫等）。物溶液、鉆井液、泡沫等）。狹義完井液狹義完井液 鉆開油氣層的鉆井液（鉆開液）。鉆開油氣層的鉆井液（鉆開液）。 (completion fluid)1 12 2 鉆井液的主要作用、類型及組鉆井液的主要作用、類型及組成成 一、鉆井液的主要作用一、鉆井液的主要作用鉆井液在鉆井中起著多方面的作用，概況如下鉆井液在鉆井中起著多方面的作用，概況如下：v 1、平衡地層壓力、平衡地層壓力v 2、懸浮、攜帶巖屑、懸浮、攜帶巖屑v 3、

5、穩(wěn)定井壁、穩(wěn)定井壁v 4、冷卻和潤(rùn)滑鉆頭、鉆具、冷卻和潤(rùn)滑鉆頭、鉆具v 5、清潔井底，利用水力功率幫助破巖、清潔井底，利用水力功率幫助破巖v 6、防止各種污染、防止各種污染v 7、錄取巖性，油氣水顯示等地層資料、錄取巖性，油氣水顯示等地層資料 4、攜帶、懸浮巖屑、攜帶、懸浮巖屑及加重材料及加重材料6、平衡地層壓力、平衡地層壓力5、形成泥餅、形成泥餅穩(wěn)定井壁穩(wěn)定井壁2、破巖、清巖3、冷卻和潤(rùn)滑、冷卻和潤(rùn)滑鉆頭、鉆具鉆頭、鉆具1、傳遞水功率 v 二、二、 鉆井液的類型鉆井液的類型 1.1.根據(jù)連續(xù)相流體介質(zhì)的不同可分為以下類型根據(jù)連續(xù)相流體介質(zhì)的不同可分為以下類型鉆井液體系鉆井液體系液體類液體類氣

6、體類氣體類氣液類氣液類空氣空氣天然氣天然氣其它其它氣體氣體油油 基基鉆井液鉆井液水水 基基鉆井液鉆井液充氣充氣鉆井液鉆井液( (以液為主以液為主) )泡沫泡沫鉆井液鉆井液( (以氣為主以氣為主) )普普通通油油基基油油包包水水乳乳狀狀液液粗粗分分散散體體系系細(xì)細(xì)分分散散體體系系不不分分散散體體系系合成基合成基鉆井液鉆井液 v2.2.根據(jù)鉆井液的作用分為根據(jù)鉆井液的作用分為( (廣義廣義):(1):(1)鉆井液鉆井液 ( (狹義狹義): (1): (1)鉆井液鉆井液 (2)(2)完井液完井液 (2)(2)防塌鉆井液防塌鉆井液 (3)(3)固井液固井液 (3)(3)防卡鉆井液防卡鉆井液 (4)(4

7、)修井液修井液 (4)(4)堵漏堵漏( (鉆井鉆井) )液液 (5)(5)射孔液射孔液 (5)(5)完井鉆井液等完井鉆井液等 (6)(6)酸化酸化 壓裂液壓裂液 (7)(7)隔離液等隔離液等 v3.3.根據(jù)鉆井液根據(jù)鉆井液( (水基水基) )中粘土分散的程度中粘土分散的程度 (1)(1)細(xì)分散鉆井液細(xì)分散鉆井液 (2)(2)粗分散鉆井液粗分散鉆井液 (3)(3)不分散鉆井液不分散鉆井液 v4.4.根據(jù)鉆井液根據(jù)鉆井液( (水基水基) )中含鹽量及類型中含鹽量及類型 (1)(1)淡水鉆井液淡水鉆井液 (2)(2)鹽水鉆井液鹽水鉆井液( (普通普通/ /飽和飽和) ) (3) (3)鈣處理鉆井液鈣

8、處理鉆井液( (石灰石灰/ /石膏石膏/ /氯化鈣氯化鈣) ) (4) (4)鉀基鉆井液等鉀基鉆井液等三、鉆井液的組成三、鉆井液的組成 2.油基鉆井液：油基鉆井液： 油油+水（分散相）水（分散相）+乳化劑乳化劑+親油固體親油固體+加重劑等加重劑等1.水基鉆井液：水基鉆井液： 水水+膨潤(rùn)土膨潤(rùn)土+各種處理劑各種處理劑+加重劑等加重劑等1 13 3 鉆井液的基本性能參數(shù)鉆井液的基本性能參數(shù)v 1、基本性能、基本性能: 密度：密度：比重計(jì)比重計(jì) 流變性流變性: 粘度、切力等粘度、切力等 濾失造壁性濾失造壁性: 濾失量、泥餅性能等濾失量、泥餅性能等 抑制性抑制性: PH 礦化度、防侵污、防塌等礦化度、

9、防侵污、防塌等 含砂量、膨潤(rùn)土含量含砂量、膨潤(rùn)土含量v 2、特殊性能、特殊性能: 高溫高壓性能、乳化穩(wěn)定性、潤(rùn)滑性等。高溫高壓性能、乳化穩(wěn)定性、潤(rùn)滑性等。 v鉆井液密度鉆井液密度 平衡地層壓力，防止井噴、井漏和鉆井液受地層流體平衡地層壓力，防止井噴、井漏和鉆井液受地層流體的污染；的污染； 保持井壁穩(wěn)定，防止井塌；保持井壁穩(wěn)定，防止井塌； 實(shí)現(xiàn)近平衡鉆井技術(shù)，提高機(jī)械鉆速；實(shí)現(xiàn)近平衡鉆井技術(shù)，提高機(jī)械鉆速； 合理選擇打開油氣層的鉆井液密度，減少鉆井液對(duì)合理選擇打開油氣層的鉆井液密度，減少鉆井液對(duì) 產(chǎn)層的傷害。產(chǎn)層的傷害。用比重秤測(cè)定。用比重秤測(cè)定。 v鉆井液的含砂量鉆井液的含砂量 定義定義:鉆井

10、液中不能通過鉆井液中不能通過200目篩的固相的體積占鉆井液目篩的固相的體積占鉆井液體積的百分?jǐn)?shù)。一般要求小于體積的百分?jǐn)?shù)。一般要求小于0.5。 含砂量過高帶來的危害：含砂量過高帶來的危害： 鉆井液密度升高，降低機(jī)械鉆速；鉆井液密度升高，降低機(jī)械鉆速； 泥餅中含砂量升高，泥餅滲透率增大，失水增大泥餅中含砂量升高，泥餅滲透率增大，失水增大； 泥餅表面摩擦系數(shù)增加；泥餅表面摩擦系數(shù)增加； 鉆頭、鉆柱、泵等機(jī)械設(shè)備磨損嚴(yán)重。鉆頭、鉆柱、泵等機(jī)械設(shè)備磨損嚴(yán)重。 v鉆井液的鉆井液的pH值值 由于鉆井液中使用的化學(xué)處理劑在堿性條件下才由于鉆井液中使用的化學(xué)處理劑在堿性條件下才能溶解，而酸性環(huán)境對(duì)鉆井設(shè)備上的

11、橡膠部件有能溶解，而酸性環(huán)境對(duì)鉆井設(shè)備上的橡膠部件有嚴(yán)重的腐蝕作用，所以，絕大多數(shù)鉆井液體系的嚴(yán)重的腐蝕作用，所以，絕大多數(shù)鉆井液體系的PH值都控制在值都控制在7以上。以上。 不分散型鉆井液體系：不分散型鉆井液體系：PH=7.58.5 分散型鉆井液體系：分散型鉆井液體系：PH10 鈣處理鉆井液體系鈣處理鉆井液體系:PH11 v鉆井液膨潤(rùn)土含量（鉆井液膨潤(rùn)土含量（MBT） 鉆井液中鉆井液中活性粘土活性粘土的數(shù)量。的數(shù)量。 水基鉆井液都有一個(gè)合適的膨潤(rùn)土含量，水基鉆井液都有一個(gè)合適的膨潤(rùn)土含量，MBT過高，鉆井液的粘度、切力增大，泥餅增厚，容過高，鉆井液的粘度、切力增大，泥餅增厚，容易造成井下事故

12、。易造成井下事故。MBT過小，鉆井液的粘度、過小，鉆井液的粘度、切力急劇下降，失水增大。切力急劇下降，失水增大。 v 傷害鉆井人員，損害或污染環(huán)境傷害鉆井人員，損害或污染環(huán)境v 對(duì)所設(shè)計(jì)的地層評(píng)估有不利的性能對(duì)所設(shè)計(jì)的地層評(píng)估有不利的性能v 對(duì)產(chǎn)層產(chǎn)生傷害對(duì)產(chǎn)層產(chǎn)生傷害v 對(duì)鉆井設(shè)備和管材造成較大腐蝕對(duì)鉆井設(shè)備和管材造成較大腐蝕vDetrimental to the operators and environment. vDetrimental to the formation evaluation .vCause any formation damage.vCause any corrosi

13、on of the drilling equipment and subsurface tubulars. 鉆井液不應(yīng)具有的性能鉆井液不應(yīng)具有的性能優(yōu)質(zhì)鉆井液的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)鉆井液的標(biāo)準(zhǔn)v有利于安全、快速、優(yōu)質(zhì)、低耗鉆井；有利于安全、快速、優(yōu)質(zhì)、低耗鉆井；v有利于取全、取準(zhǔn)各項(xiàng)工程、地質(zhì)資料；有利于取全、取準(zhǔn)各項(xiàng)工程、地質(zhì)資料；v有利于發(fā)現(xiàn)、保護(hù)油氣層。有利于發(fā)現(xiàn)、保護(hù)油氣層。鉆井液工作的基本任務(wù)鉆井液工作的基本任務(wù)v 根據(jù)所鉆井類型、地層特性、孔隙及破裂壓力、井溫、測(cè)井根據(jù)所鉆井類型、地層特性、孔隙及破裂壓力、井溫、測(cè)井及環(huán)保要求正確選擇鉆井液類型；及環(huán)保要求正確選擇鉆井液類型；v 自始至終維護(hù)、

14、保持良好的鉆井液性能；自始至終維護(hù)、保持良好的鉆井液性能；v 預(yù)防、處理各種井下復(fù)雜情況和事故；預(yù)防、處理各種井下復(fù)雜情況和事故；v 保證安全順利鉆井前提下，盡可能降低鉆井液成本。保證安全順利鉆井前提下，盡可能降低鉆井液成本。v 根據(jù)地質(zhì)及鉆井工程需要研究新型鉆井液處理劑及體系。根據(jù)地質(zhì)及鉆井工程需要研究新型鉆井液處理劑及體系。1 14 4 鉆井液的發(fā)展鉆井液的發(fā)展一、鉆井液技術(shù)的發(fā)展階段一、鉆井液技術(shù)的發(fā)展階段1.1.清水階段（清水階段（1914191419161916）2.2.天然泥漿鉆井階段（天然泥漿鉆井階段（1916-19211916-1921）3.3.細(xì)分散泥漿階段（細(xì)分散泥漿階段（

15、1921192119601960）4.4.粗分散泥漿體系（粗分散泥漿體系（6060年代）年代）5.5.不分散體系階段。（不分散體系階段。（7070年代）年代）二二 、我國(guó)泥漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、我國(guó)泥漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀泥漿體系及應(yīng)用技術(shù)自身急待解決的問題泥漿體系及應(yīng)用技術(shù)自身急待解決的問題v1 1、H.T.H.PH.T.H.P重泥漿的流變性控制問題：特別是低安全重泥漿的流變性控制問題：特別是低安全密度窗口的鉆井問題；密度窗口的鉆井問題；v2 2、提高機(jī)械鉆速的泥漿體系：、提高機(jī)械鉆速的泥漿體系： （1 1）油基泥漿機(jī)械鉆速提高到超過現(xiàn)有水基泥漿水）油基泥漿機(jī)械鉆速提高到超過現(xiàn)有水基泥漿水平；平； （2

16、2）水基泥漿機(jī)械鉆速再上臺(tái)階。）水基泥漿機(jī)械鉆速再上臺(tái)階。v3 3、欠平衡鉆井的鉆井液體系及技術(shù)（包括氣體鉆井、欠平衡鉆井的鉆井液體系及技術(shù)（包括氣體鉆井、微泡沫鉆井液微泡沫鉆井液及其配套應(yīng)用技術(shù)）。及其配套應(yīng)用技術(shù)）。 v4 4、惡性漏失的防治；、惡性漏失的防治；v5 5、井壁穩(wěn)定性；、井壁穩(wěn)定性； （1 1）體系抑制性）體系抑制性 （2 2）體系封堵能力）體系封堵能力v6 6、漏、噴、塌同時(shí)存在的產(chǎn)層的泥漿技術(shù)、漏、噴、塌同時(shí)存在的產(chǎn)層的泥漿技術(shù)與油層保護(hù)與油層保護(hù)；v7 7、保護(hù)環(huán)境的泥漿體系、保護(hù)環(huán)境的泥漿體系 v預(yù)測(cè)鉆井液技術(shù)發(fā)展方向預(yù)測(cè)鉆井液技術(shù)發(fā)展方向 鉆井液強(qiáng)化穩(wěn)定井壁技術(shù)鉆井

17、液強(qiáng)化穩(wěn)定井壁技術(shù) 復(fù)雜地質(zhì)條件下深井、超深井、大位移井鉆井液技復(fù)雜地質(zhì)條件下深井、超深井、大位移井鉆井液技術(shù)術(shù) 新型鉆井液體系及其處理劑的研制與應(yīng)用新型鉆井液體系及其處理劑的研制與應(yīng)用 廢棄鉆井液的處理技術(shù)廢棄鉆井液的處理技術(shù) 保護(hù)油氣層的鉆井液技術(shù)保護(hù)油氣層的鉆井液技術(shù) 低密度鉆井液完井液體系及技術(shù)低密度鉆井液完井液體系及技術(shù) 惡性漏失的防治技術(shù)惡性漏失的防治技術(shù) 鉆井液與鉆井工程的關(guān)系鉆井液與鉆井工程的關(guān)系: :v 鉆井液密度關(guān)系到安全、鉆速鉆井液密度關(guān)系到安全、鉆速. .v 濾失造壁性與井壁穩(wěn)定、地層損害、鉆速有關(guān)濾失造壁性與井壁穩(wěn)定、地層損害、鉆速有關(guān). .v 鉆井液流變性與水馬力、

18、凈化有關(guān)鉆井液流變性與水馬力、凈化有關(guān), ,對(duì)鉆速影響大對(duì)鉆速影響大. .v 鉆井液中固相類型、含量對(duì)鉆速影響大鉆井液中固相類型、含量對(duì)鉆速影響大. .v 鉆井產(chǎn)層的完井液直接影響油氣產(chǎn)量鉆井產(chǎn)層的完井液直接影響油氣產(chǎn)量. .vO O、G G、J J報(bào)道報(bào)道: :v Selection of the wrong drilling fluid could Selection of the wrong drilling fluid could reduce the productive index of a well by 80% or reduce the productive index of

19、 a well by 80% or more .more .主要參考書刊主要參考書刊v 李健鷹編著，李健鷹編著， 泥漿膠體化學(xué)泥漿膠體化學(xué)v H.范范.奧爾芬，奧爾芬， 粘土膠體化學(xué)導(dǎo)論粘土膠體化學(xué)導(dǎo)論 (譯本譯本)v G.R.格雷，格雷， 鉆井液的組成與性能鉆井液的組成與性能 (譯本譯本)v 鄢捷年，鉆井液工藝學(xué)，鄢捷年，鉆井液工藝學(xué)，v 張紹槐等編著，張紹槐等編著， 保護(hù)儲(chǔ)集層技術(shù)保護(hù)儲(chǔ)集層技術(shù)v 張孝華等編著，張孝華等編著， 現(xiàn)代泥漿實(shí)驗(yàn)技術(shù)現(xiàn)代泥漿實(shí)驗(yàn)技術(shù)v 期刊期刊: 鉆井液與完井液、鉆井液與完井液、 油田化學(xué)、石油鉆采工藝、油田化學(xué)、石油鉆采工藝、石油學(xué)報(bào)、石油鉆探技術(shù)、石油學(xué)院學(xué)

20、報(bào)等石油學(xué)報(bào)、石油鉆探技術(shù)、石油學(xué)院學(xué)報(bào)等 v1 1什么是鉆（完）井液？什么是鉆（完）井液？v2 2鉆井液有哪些主要功用？鉆井液有哪些主要功用？v3 3鉆井液的有哪些類型？鉆井液的有哪些類型？v4 4鉆井液的主要成份是什么？鉆井液的主要成份是什么？思考題第二章 粘土膠體化學(xué)基礎(chǔ)v本章要求掌握：本章要求掌握： 1. 幾種粘土礦物的晶體構(gòu)造及其特點(diǎn)。幾種粘土礦物的晶體構(gòu)造及其特點(diǎn)。 2. 粘土水化機(jī)理。粘土水化機(jī)理。 3. 擴(kuò)散雙電層理論和電解質(zhì)對(duì)電動(dòng)電勢(shì)的影響。擴(kuò)散雙電層理論和電解質(zhì)對(duì)電動(dòng)電勢(shì)的影響。 4. 膠體體系的基本概念。膠體體系的基本概念。 5. 聚結(jié)穩(wěn)定性和沉降穩(wěn)定性概念及其影響因素。

21、聚結(jié)穩(wěn)定性和沉降穩(wěn)定性概念及其影響因素。 問題與思考1.1.為什么要用膨潤(rùn)土配鉆井液？為什么要用膨潤(rùn)土配鉆井液？2.2.為什么配漿時(shí)泥漿中加純堿？為什么配漿時(shí)泥漿中加純堿？這些問題都需要用粘土膠體化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)來這些問題都需要用粘土膠體化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)來解釋解釋, , 粘土膠體化學(xué)知識(shí)可指導(dǎo)鉆井液的配粘土膠體化學(xué)知識(shí)可指導(dǎo)鉆井液的配制和維護(hù)處理工作。制和維護(hù)處理工作。 粘粘 土：土：主要由主要由粘土礦物粘土礦物和少量和少量非粘土礦物非粘土礦物組成的細(xì)粒粘組成的細(xì)粒粘 滯土狀物質(zhì)。滯土狀物質(zhì)。 特性：細(xì)粒，粘性，高溫成型性，可塑成型性特性：細(xì)粒，粘性，高溫成型性，可塑成型性 成分：粘土礦物（蒙脫石等）

22、成分：粘土礦物（蒙脫石等）+ 非粘土礦物（石英、長(zhǎng)石等）非粘土礦物（石英、長(zhǎng)石等）+ 膠體礦物（蛋白石等）。膠體礦物（蛋白石等）。粘土礦物：粘土礦物：含水的細(xì)分散的層狀及層鏈狀構(gòu)造硅酸鹽礦物的及含水含水的細(xì)分散的層狀及層鏈狀構(gòu)造硅酸鹽礦物的及含水 的非晶質(zhì)硅酸鹽礦物的總稱。的非晶質(zhì)硅酸鹽礦物的總稱。 特點(diǎn)：具有相對(duì)固定的化學(xué)組成和確定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有相對(duì)固定的化學(xué)組成和確定的內(nèi)部結(jié)構(gòu) （內(nèi)部（內(nèi)部 格子構(gòu)造格子構(gòu)造-晶格）。晶格）。2 21 1 常見粘土礦物的晶格構(gòu)造與性質(zhì)常見粘土礦物的晶格構(gòu)造與性質(zhì) 一、粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)單位。一、粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)單位。 1.硅氧四面體與硅氧四面體片硅

23、氧四面體與硅氧四面體片 硅氧四面體硅氧四面體(silica tetrahedron) 由一個(gè)硅原子和四個(gè)等距的氧原子由一個(gè)硅原子和四個(gè)等距的氧原子組成的正四面體。硅原子在四面體的中組成的正四面體。硅原子在四面體的中心，氧原子在四面體的頂點(diǎn)。心，氧原子在四面體的頂點(diǎn)。圖中：圖中： 基底氧：四面體底面三個(gè)氧原子?；籽酰核拿骟w底面三個(gè)氧原子。 頂端氧：四面體頂點(diǎn)一個(gè)氧原子。頂端氧：四面體頂點(diǎn)一個(gè)氧原子。 OO距離距離:2.61埃。埃。 SiO距離距離:1.61埃。埃。 硅氧四面體片硅氧四面體片 單個(gè)四面體與若干個(gè)相鄰四面體通過底單個(gè)四面體與若干個(gè)相鄰四面體通過底面氧相連，構(gòu)成平面連續(xù)的四面體晶格。

24、面氧相連，構(gòu)成平面連續(xù)的四面體晶格。四面體片特點(diǎn)；四面體片特點(diǎn)； 所有基底氧排列在同一個(gè)平面上。所有基底氧排列在同一個(gè)平面上。 所有頂端氧在另一個(gè)平面上。所有頂端氧在另一個(gè)平面上。 平面投影形成正六角形的三層空心六角平面投影形成正六角形的三層空心六角環(huán)網(wǎng)格。環(huán)網(wǎng)格。 四面體片在粘土中不能獨(dú)立存在。四面體片在粘土中不能獨(dú)立存在。2.鋁氧八面體與鋁氧八面體片鋁氧八面體與鋁氧八面體片 鋁氧（鋁氧（Al O(OH)）八面體）八面體(alumina octahedron) 鋁原子處于正八面體中心，六個(gè)氧原子或氫氧原子處于八面體頂點(diǎn)。鋁原子處于正八面體中心，六個(gè)氧原子或氫氧原子處于八面體頂點(diǎn)。圖中：圖中：

25、 OO距離距離=2.60埃埃 OHOH距離距離=2.94埃埃鋁氧（氫氧）八面體片鋁氧（氫氧）八面體片 單個(gè)八面體與相鄰的八面體通過共用氫氧連接起來，頂端和底端氧原子則構(gòu)成兩單個(gè)八面體與相鄰的八面體通過共用氫氧連接起來，頂端和底端氧原子則構(gòu)成兩個(gè)平行的平面（每個(gè)八面體同相鄰的六個(gè)其它八面體通過共用氧（氫氧）接）。個(gè)平行的平面（每個(gè)八面體同相鄰的六個(gè)其它八面體通過共用氧（氫氧）接）。 兩種八面體（片）兩種八面體（片） 二八面體（鋁氧片）二八面體（鋁氧片） 每三個(gè)八面體中心只有二個(gè)中心被每三個(gè)八面體中心只有二個(gè)中心被Al 3+、Fe3+占據(jù)占據(jù) （1/3空位）?？瘴唬?。 三八面體（鎂氧片）三八面體（

26、鎂氧片）每三個(gè)八面體中心全被每三個(gè)八面體中心全被Mg2+、Fe 2+充填（無空位）。充填（無空位）。 晶層：晶層：四面體片和八面體片沿四面體片和八面體片沿C軸按一定順序相互重合，通過共用氧軸按一定順序相互重合，通過共用氧 原子連接形成電中性的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)層。原子連接形成電中性的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)層。晶體晶體 許多單位晶層在許多單位晶層在C軸方向上按一定距離反復(fù)重合而成。軸方向上按一定距離反復(fù)重合而成。單位晶胞單位晶胞 能代表晶體性質(zhì)的單位層內(nèi)最小物質(zhì)組合。常以能代表晶體性質(zhì)的單位層內(nèi)最小物質(zhì)組合。常以a、b軸范軸范圍圍 表示其大小。表示其大小。C軸間距軸間距 某一晶面與相鄰晶層的對(duì)應(yīng)晶面間的距離。某一晶面與

27、相鄰晶層的對(duì)應(yīng)晶面間的距離。兩種原型粘土礦物（基本類型）兩種原型粘土礦物（基本類型） 1：1型（高嶺石）型（高嶺石） 2：1型（葉臘石）型（葉臘石）3、晶片的結(jié)合、晶片的結(jié)合幾個(gè)概念幾個(gè)概念v 晶格取代：晶格取代：在晶體結(jié)構(gòu)保持不變的條件下，高價(jià)中心離子被在晶體結(jié)構(gòu)保持不變的條件下，高價(jià)中心離子被低價(jià)正離子取代的現(xiàn)象。結(jié)果是正電荷虧損，粘土帶負(fù)電。低價(jià)正離子取代的現(xiàn)象。結(jié)果是正電荷虧損，粘土帶負(fù)電。又叫同晶置換。又叫同晶置換。v 補(bǔ)償陽(yáng)離子：補(bǔ)償陽(yáng)離子：被吸附來補(bǔ)償正電荷虧損的陽(yáng)離子。如被吸附來補(bǔ)償正電荷虧損的陽(yáng)離子。如K K+ +,Na,Na+ +,Ca,Ca 2+2+,Mg ,Mg 2+2

28、+等。等。v 造漿率（造漿率（Y-yieldY-yield）: :每噸粘土能配制成粘度為每噸粘土能配制成粘度為15 mPa.S15 mPa.S的土的土漿量漿量 （m m3 3/T/T）。）。v 陽(yáng)離子交換容量（陽(yáng)離子交換容量（CECCEC）：）：分散介質(zhì)的分散介質(zhì)的PH=7PH=7時(shí)，從粘土上所時(shí)，從粘土上所能交換下來的陽(yáng)離子總量。以能交換下來的陽(yáng)離子總量。以meq/100g(meq/100g(毫克當(dāng)量毫克當(dāng)量/100/100克）克）示之。示之。二、幾種粘土礦物的晶體構(gòu)造和特性二、幾種粘土礦物的晶體構(gòu)造和特性 (1)高嶺石高嶺石(Kaolinite) 構(gòu)造構(gòu)造: :1 1：1 1型粘土礦型粘土

29、礦物物 ，層間由，層間由O O和和OHOH層相接，層相接，氫鍵連接。氫鍵連接。H H鍵聯(lián)鍵聯(lián)接接鋁氧八鋁氧八面體片面體片硅氧四硅氧四面體片面體片共用氧原共用氧原子連接子連接 特點(diǎn)特點(diǎn)A 晶層間連接緊密（晶層一面為晶層間連接緊密（晶層一面為“O”層，一面為層，一面為“OH”層，易形成氫鍵。）層，易形成氫鍵。）B 陽(yáng)離子交換容量低：陽(yáng)離子交換容量低：3-5 毫克當(dāng)量毫克當(dāng)量/100克土克土C 水化分散性膨脹性差，礦物較穩(wěn)定。水化分散性膨脹性差，礦物較穩(wěn)定。D C軸間距軸間距=7.2埃。埃。（2）蒙脫石）蒙脫石(Montmorillonite) v構(gòu)造構(gòu)造: 2 2：1 1粘土礦粘土礦物，層間為物，

30、層間為O O和和O O層相接，層相接，分子間引力連分子間引力連接。接。 v主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：v 層間分子間引力弱層間分子間引力弱, ,晶格間距大（晶格間距大（10-2210-22埃）；埃）；v 晶格取代程度大（主要是晶格取代程度大（主要是ALAL+3+3MgMg+2+2,Fe,Fe+2+2等）；正電虧等）；正電虧0.670.67( (補(bǔ)償陽(yáng)離子補(bǔ)償陽(yáng)離子： ）v CECCEC大大(70-130 )(70-130 )；v 易水化，造漿率高易水化，造漿率高Y Y大大 ；v 易吸水膨脹，蒙脫石含量易吸水膨脹，蒙脫石含量80%80%以上的粘土稱為以上的粘土稱為v 膨潤(rùn)土膨潤(rùn)土（BentoniteBe

31、ntonite）。）。配漿優(yōu)質(zhì)原材料配漿優(yōu)質(zhì)原材料蒙NaCaNa30702（3）伊利石）伊利石(Illite) v構(gòu)造：構(gòu)造： 2:12:1型構(gòu)造與蒙型構(gòu)造與蒙脫石相似脫石相似, ,非膨非膨脹粘土脹粘土，層間為，層間為O O和和O O層相接并嵌層相接并嵌有有K K離子。離子。主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)： v 層間靜電引力強(qiáng)層間靜電引力強(qiáng), ,晶格間距小晶格間距小(10(10埃）；埃）；v 晶格取代主要取代晶格取代主要取代SiSi4+4+ Al Al3+3+ ；補(bǔ)償陽(yáng)離子為補(bǔ)償陽(yáng)離子為K K+ +v CECCEC小小(20-40 )(20-40 )（ K K+ +嵌入六角環(huán)網(wǎng)格，嵌入六角環(huán)網(wǎng)格，不可交換

32、）；不可交換）；v 不易水化膨脹，造漿率低。不易水化膨脹，造漿率低。 對(duì)井壁穩(wěn)定的影響對(duì)井壁穩(wěn)定的影響: :含蒙脫石的泥頁(yè)巖易產(chǎn)生水化膨脹類型坍塌含蒙脫石的泥頁(yè)巖易產(chǎn)生水化膨脹類型坍塌; ;含伊利石的泥頁(yè)巖易產(chǎn)生剝蝕掉塊類型的坍塌含伊利石的泥頁(yè)巖易產(chǎn)生剝蝕掉塊類型的坍塌. .（4）綠泥石）綠泥石(chorite)結(jié)構(gòu)：兩層硅氧四面體片夾一層鋁氧八面體片構(gòu)成單位層，單位層間結(jié)構(gòu)：兩層硅氧四面體片夾一層鋁氧八面體片構(gòu)成單位層，單位層間 夾一層水鎂石片。夾一層水鎂石片。 2：1：1型。型。特性：特性： (1)晶格取代多，但晶格取代多，但CEC值低值低 (2)層間連接緊密層間連接緊密,C間距間距14A

33、 (3)水化能力差，顆粒粗，屬于劣土，多呈綠色。水化能力差，顆粒粗，屬于劣土，多呈綠色。（5 5）凹凸棒石）凹凸棒石海泡石海泡石v(1)(1)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 纖維狀（或棒狀）粘土礦物，構(gòu)造中有許多通道。纖維狀（或棒狀）粘土礦物，構(gòu)造中有許多通道。v(2)(2)特點(diǎn)特點(diǎn) 造漿率高造漿率高 抗鹽性和熱穩(wěn)定性好抗鹽性和熱穩(wěn)定性好2 22 2 粘土的電性和離子交換吸附粘土的電性和離子交換吸附 1 1、粘土帶電現(xiàn)象的證實(shí)、粘土帶電現(xiàn)象的證實(shí)列依斯電泳實(shí)驗(yàn)列依斯電泳實(shí)驗(yàn)(1809.Peucc) : : 通電時(shí)帶負(fù)電通電時(shí)帶負(fù)電的粘土顆粒向的粘土顆粒向陽(yáng)極移動(dòng)陽(yáng)極移動(dòng) 。2 2粘土顆粒帶電原因粘土顆粒帶電原因v(

34、1)(1)晶格取代晶格取代v(2)(2)裸露的裸露的AlAlOHOH中的中的H H+ +電離電離v(3)(3)吸附負(fù)離子（以氫鍵吸附）吸附負(fù)離子（以氫鍵吸附） 帶電量的大小主要取決與晶格取代。故帶電量的大小主要取決與晶格取代。故 幾種粘土礦物帶電量大小順序?yàn)閹追N粘土礦物帶電量大小順序?yàn)?蒙脫石蒙脫石 伊利石伊利石 高嶺石。高嶺石。3.3.粘土的陽(yáng)離子交換容量粘土的陽(yáng)離子交換容量（CECCEC值）值）v(1) (1) 定義：定義：在在PHPH值為值為7 7的條件下，粘土所能吸附的可的條件下，粘土所能吸附的可交換性陽(yáng)離子總量（交換性陽(yáng)離子總量（eqeq/kg/kg）。）。 蒙脫石的補(bǔ)償陽(yáng)離子基本上

35、可全部交換蒙脫石的補(bǔ)償陽(yáng)離子基本上可全部交換, ,其其CECCEC值可恒量值可恒量其帶電量和晶格取代程度，但伊利石不行。其帶電量和晶格取代程度，但伊利石不行。v(2)(2)影響因素影響因素 .粘土的本性粘土的本性 蒙脫石蒙脫石 伊利石伊利石 高嶺石高嶺石 .分散度分散度 .PH.PH值的影響值的影響4、陽(yáng)離子交換吸附的特點(diǎn)與規(guī)律、陽(yáng)離子交換吸附的特點(diǎn)與規(guī)律v 陽(yáng)離子交換吸附是粘土在水中特有的一種吸附。陽(yáng)離子交換吸附是粘土在水中特有的一種吸附。v 其主要特點(diǎn)為：其主要特點(diǎn)為：v 1）同電性等量交換）同電性等量交換v 2）離子吸附是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡）離子吸附是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡v 3）離子交換吸附速度慢，達(dá)

36、到平衡需要一定時(shí)間）離子交換吸附速度慢，達(dá)到平衡需要一定時(shí)間v 4）由于粘土表面帶負(fù)電，因此常發(fā)生陽(yáng)離子交換）由于粘土表面帶負(fù)電，因此常發(fā)生陽(yáng)離子交換v 5）其他條件相同時(shí)，離子價(jià)數(shù)越高，吸附越強(qiáng)）其他條件相同時(shí)，離子價(jià)數(shù)越高，吸附越強(qiáng)v 6）對(duì)同介離子，離子半徑越小則吸引水分子的能力越強(qiáng)，故水）對(duì)同介離子，離子半徑越小則吸引水分子的能力越強(qiáng)，故水化層越厚，所以吸附越弱化層越厚，所以吸附越弱v 7）常見陽(yáng)離子的吸附強(qiáng)弱順序?yàn)椋海┏Ｒ婈?yáng)離子的吸附強(qiáng)弱順序?yàn)椋簐 LiNaKNH4MgCaBaALFeCr H2 23 3 粘土的水化作用粘土的水化作用(hydration)(hydration)一、水

37、化作用的意義 粘土顆粒表面吸附水分子，使其表面形成水化膜，晶粘土顆粒表面吸附水分子，使其表面形成水化膜，晶層間距增大，產(chǎn)生膨脹至分散作用。層間距增大，產(chǎn)生膨脹至分散作用。二、粘土水化膨脹作用機(jī)理1.表面水化引起的膨脹表面水化引起的膨脹直接與間接水化引起直接與間接水化引起動(dòng)力動(dòng)力：范德華力，靜電力，水化能（后者是主要?jiǎng)恿Γ悍兜氯A力，靜電力，水化能（后者是主要?jiǎng)恿Γ┨攸c(diǎn)特點(diǎn)：除去表面吸附水的壓力高達(dá)：除去表面吸附水的壓力高達(dá)200200400Mpa,400Mpa,晶層晶層可吸附四個(gè)水分子層（可吸附四個(gè)水分子層（4 42.5=10A)2.5=10A)，體積可膨脹一，體積可膨脹一倍。倍。 動(dòng)力動(dòng)力：

38、兩相離子濃度差引起兩相離子濃度差引起 滲透作用滲透作用及及雙電層斥雙電層斥 力力作用。作用。特點(diǎn)特點(diǎn)：晶層面水化后可達(dá)晶層面水化后可達(dá) 1010120A120A( (水化壓力水化壓力10100.01Mpa)0.01Mpa) 思考思考: :高礦化度鉆井液為高礦化度鉆井液為什么對(duì)穩(wěn)定井壁有利什么對(duì)穩(wěn)定井壁有利? ?2.滲透水化引起的膨脹（滲透水化引起的膨脹（10A后）后）三、影響粘土水化的因素三、影響粘土水化的因素v(1)(1)粘土的本性。粘土的本性。 晶層間的聯(lián)結(jié)力晶層間的聯(lián)結(jié)力 帶電量帶電量v(2)(2)補(bǔ)償陽(yáng)離子性質(zhì)補(bǔ)償陽(yáng)離子性質(zhì)例：鈣蒙脫石吸水膨脹后，底面間距為例：鈣蒙脫石吸水膨脹后，底面

39、間距為17A17A0 0；鈉蒙脫石吸水膨脹后，底面間距為鈉蒙脫石吸水膨脹后，底面間距為41A41A0 0 因而使用鈣蒙脫石配漿時(shí)，要加入因而使用鈣蒙脫石配漿時(shí)，要加入NaCONaCO3 3Ca土 3NaCONa土 (3) (3)水溶性性質(zhì)水溶性性質(zhì) (4) (4)溫度和時(shí)間溫度和時(shí)間2 24 4 粘土膠體化學(xué)基礎(chǔ)粘土膠體化學(xué)基礎(chǔ)v一、膠體分散體系的基本性質(zhì)一、膠體分散體系的基本性質(zhì)（一）分散體系（一）分散體系(dispersed system)(dispersed system) 由分散相由分散相（被分散的物質(zhì)被分散的物質(zhì)）和分散介質(zhì)和分散介質(zhì)（用來分散分散相的物質(zhì)用來分散分散相的物質(zhì)）組成的

40、體系組成的體系。溶液：溶液：溶劑溶劑+ +溶質(zhì)溶質(zhì)溶解溶解分散體系分散體系：分散相分散相+ +分散介質(zhì)分散介質(zhì) 分散分散按分散顆粒尺寸的大小可以分為三類如下表按分散顆粒尺寸的大小可以分為三類如下表類類 別別顆粒大小顆粒大小粗分散體系（懸浮體）粗分散體系（懸浮體）大于大于0.10.1微米微米膠體分散體系（溶膠）膠體分散體系（溶膠） 0.10.1微米微米1 1毫微米毫微米分子或離子分散體系（溶液）分子或離子分散體系（溶液）小于小于1 1毫微米毫微米鉆井液鉆井液膠質(zhì)懸浮分散體系膠質(zhì)懸浮分散體系鉆井液中的分散相顆粒范圍較大，有各種尺寸的分散相顆鉆井液中的分散相顆粒范圍較大，有各種尺寸的分散相顆粒，具有

41、膠體、懸浮體系粒，具有膠體、懸浮體系 的性質(zhì)。的性質(zhì)。（二）分散體系分類（二）分散體系分類 1 1、是不均勻（多相）分散體系、是不均勻（多相）分散體系相和相界面相和相界面(phase and interface)：相相是指物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都完是指物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都完全相同的均勻部分全相同的均勻部分。體系中若有兩個(gè)或兩個(gè)。體系中若有兩個(gè)或兩個(gè)以上的相稱為以上的相稱為多相體系多相體系。相與相之間的接觸。相與相之間的接觸面成為界面。面成為界面。油油水水粘土粘土油油處理劑處理劑水水（三）分散體系的特點(diǎn)（三）分散體系的特點(diǎn)2 2、是表面積特大的分散體系：、是表面積特大的分散體系：分散度：

42、分散度：分散相的分散程度分散相的分散程度 比表面積比表面積S S0 0= =總面積總面積/ /體積體積 單位體積或單位重量物質(zhì)的總的表面積。比表單位體積或單位重量物質(zhì)的總的表面積。比表面積越大，物質(zhì)分散越小，分散度就越高。面積越大，物質(zhì)分散越小，分散度就越高。 1cm1cm3 3的物質(zhì)分割成邊長(zhǎng)為的物質(zhì)分割成邊長(zhǎng)為1 1微米的小顆粒時(shí)，總微米的小顆粒時(shí)，總面積由原來的面積由原來的6cm6cm2 2增大為增大為6m6m2 2，即增加一萬倍。，即增加一萬倍。 3 3、是不穩(wěn)定的分散體系：、是不穩(wěn)定的分散體系： 體系表面能體系表面能E=SE=S SS總表面積總表面積 單位面積的表面能單位面積的表面能

43、 a:引起吸附引起吸附 b: S降低降低（符合能量原理符合能量原理熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律）表面分子表面分子表面和內(nèi)部分子差別表面和內(nèi)部分子差別表面分子表面分子表面和內(nèi)部分子差別表面和內(nèi)部分子差別內(nèi)部分子內(nèi)部分子（四）粘土（四）粘土水界面吸附作用水界面吸附作用1 1、基本概念、基本概念: :v吸附吸附(absorb)(absorb)物質(zhì)在兩相界面上自動(dòng)濃集物質(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。（界面濃度大于內(nèi)部濃度）的現(xiàn)象。v注意注意吸附吸附與與吸收吸收（AbsorbAbsorb）或）或吸著吸著（SorbingSorbing）的異同。吸附只限于吸附劑的表面，吸收則在的異同

44、。吸附只限于吸附劑的表面，吸收則在吸收劑的表面和內(nèi)部。吸附和吸收同發(fā)生現(xiàn)象吸收劑的表面和內(nèi)部。吸附和吸收同發(fā)生現(xiàn)象稱為稱為吸著吸著。 物理吸附物理吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附吸附力吸附力范德華力范德華力化學(xué)鍵力化學(xué)鍵力吸附熱吸附熱較小，近于溶化熱較小，近于溶化熱較大，近于反應(yīng)熱較大，近于反應(yīng)熱選擇性選擇性無選擇性無選擇性有選擇性有選擇性分子量分子量單分子或多分子層單分子或多分子層單分子層單分子層吸附速度吸附速度較快，受溫度影響小，較快，受溫度影響小，不需活化能不需活化能較慢，溫度升高速度加快，較慢，溫度升高速度加快，需活化能需活化能 鉆井液中的吸附既有物理吸附又有化學(xué)吸附，既有鉆井液中的吸附既有物理吸

45、附又有化學(xué)吸附，既有固液固液界面界面吸附，又有吸附，又有液（油）液（水液（油）液（水）界面吸附，還）界面吸附，還有氣液界有氣液界面面吸附。吸附。這些吸附作用是鉆井液化學(xué)處理的膠體化學(xué)基礎(chǔ)。這些吸附作用是鉆井液化學(xué)處理的膠體化學(xué)基礎(chǔ)。2、吸附類型、吸附類型（五）膠團(tuán)結(jié)構(gòu)（五）膠團(tuán)結(jié)構(gòu) 膠粒膠核膠粒膠核+吸附層吸附層膠團(tuán)膠粒膠團(tuán)膠粒+擴(kuò)散層擴(kuò)散層其中其中膠核：由許多分散相分子、原子和離子構(gòu)成，一般具有晶體結(jié)膠核：由許多分散相分子、原子和離子構(gòu)成，一般具有晶體結(jié)構(gòu)。構(gòu)。膠粒：膠核和吸附層沿滑動(dòng)面與擴(kuò)散層分開，但一起運(yùn)動(dòng)，帶膠粒：膠核和吸附層沿滑動(dòng)面與擴(kuò)散層分開，但一起運(yùn)動(dòng)，帶有電荷。有電荷。膠團(tuán)：由

46、膠粒與擴(kuò)散層中的反離子構(gòu)成。膠團(tuán)為電中性的，分膠團(tuán)：由膠粒與擴(kuò)散層中的反離子構(gòu)成。膠團(tuán)為電中性的，分散在液體介質(zhì)中便是溶膠。散在液體介質(zhì)中便是溶膠。 1. 擴(kuò)散雙電層的形成擴(kuò)散雙電層的形成v擴(kuò)散力擴(kuò)散力-受極性水分子的影響和自身的熱運(yùn)動(dòng)受極性水分子的影響和自身的熱運(yùn)動(dòng)向水中擴(kuò)散的力。向水中擴(kuò)散的力。v吸引力吸引力-帶電粘土顆粒表面對(duì)反離子的靜電引帶電粘土顆粒表面對(duì)反離子的靜電引力。力。 粘土顆粒表面吸附的反離子在兩種相反作用力的粘土顆粒表面吸附的反離子在兩種相反作用力的作用結(jié)果。使反離子擴(kuò)散地分布在界面周圍。構(gòu)成擴(kuò)作用結(jié)果。使反離子擴(kuò)散地分布在界面周圍。構(gòu)成擴(kuò)散雙電層。散雙電層。二、粘土二、粘

47、土-水界面的擴(kuò)散雙電層理論水界面的擴(kuò)散雙電層理論 (the electric-double layer at clay-water interface) 2.擴(kuò)散雙電層結(jié)構(gòu)擴(kuò)散雙電層結(jié)構(gòu)擴(kuò)散雙電層擴(kuò)散雙電層 從固體表面到過剩反離子為零處。從固體表面到過剩反離子為零處。 吸附層吸附層 固體表面緊密吸引著的部分反離子所構(gòu)成。固體表面緊密吸引著的部分反離子所構(gòu)成。 擴(kuò)散層擴(kuò)散層 其余反離子擴(kuò)散地分布在液相中所構(gòu)成。其余反離子擴(kuò)散地分布在液相中所構(gòu)成。 滑動(dòng)面滑動(dòng)面 吸附層與擴(kuò)散層錯(cuò)開的界面。吸附層與擴(kuò)散層錯(cuò)開的界面。 膠核：固體表面膠核：固體表面 膠粒：膠核膠粒：膠核+吸附層吸附層 -滑動(dòng)面滑動(dòng)面吸

48、附層吸附層擴(kuò)散層擴(kuò)散層 離子的分布離子的分布u 雙電層內(nèi)既有同號(hào)離雙電層內(nèi)既有同號(hào)離子，又有反離子子，又有反離子uu 雙電層電荷必須平衡。雙電層電荷必須平衡。 e e1 1E E總總= E= E總總-e-e1 13.3.粘土平表面和端面的雙電層區(qū)別粘土平表面和端面的雙電層區(qū)別 平表面帶負(fù)電，而端面不同，在外力作用下，粘土晶層發(fā)平表面帶負(fù)電，而端面不同，在外力作用下，粘土晶層發(fā)生斷裂，晶格中的生斷裂，晶格中的AlAlO O八面體和八面體和SiSi-O-O四面體的鍵斷裂，四面體的鍵斷裂，AlAl原子露在端面，在酸性介質(zhì)中端面帶正電。原子露在端面，在酸性介質(zhì)中端面帶正電。AlAlOHOH，在堿性介質(zhì)

49、里端面帶負(fù)電，如，在堿性介質(zhì)里端面帶負(fù)電，如Al-OAl-OH H，所形，所形成的雙電層與平面不同。成的雙電層與平面不同。 雙電層類型雙電層類型比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目平表面雙電層平表面雙電層端面雙電層端面雙電層帶電性帶電性負(fù)電性負(fù)電性正或負(fù)電性正或負(fù)電性電勢(shì)電勢(shì)較高較高較底較底雙電層雙電層較厚較厚較薄較薄 表面電勢(shì)表面電勢(shì) 定義：從固體表面到均勻液相內(nèi)的電勢(shì)降。定義：從固體表面到均勻液相內(nèi)的電勢(shì)降。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 固體表面電勢(shì)最大。固體表面電勢(shì)最大。 表面電勢(shì)隨離表面距離的增大而大致依指數(shù)關(guān)系降低。表面電勢(shì)隨離表面距離的增大而大致依指數(shù)關(guān)系降低。 電動(dòng)電勢(shì)電動(dòng)電勢(shì)定義：從滑動(dòng)面到均勻液相的電勢(shì)降。定義

50、：從滑動(dòng)面到均勻液相的電勢(shì)降。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 膠粒帶電越多，膠粒帶電越多，電位越高。電位越高。 大小取決于吸附層內(nèi)的靜電荷數(shù)。大小取決于吸附層內(nèi)的靜電荷數(shù)。4. 雙電層中的電勢(shì)（位）雙電層中的電勢(shì)（位） v 恒定表面電勢(shì)型雙電層恒定表面電勢(shì)型雙電層 吸附定勢(shì)離子產(chǎn)生的。其表面電勢(shì)由定勢(shì)離子濃度決定，基本上吸附定勢(shì)離子產(chǎn)生的。其表面電勢(shì)由定勢(shì)離子濃度決定，基本上不受其它電解質(zhì)濃度的影響，所以其表面電勢(shì)不變不受其它電解質(zhì)濃度的影響，所以其表面電勢(shì)不變.v 恒定表面電荷型雙電層恒定表面電荷型雙電層 由內(nèi)部晶格不完整性引起的。其表面電荷由晶格內(nèi)部的不完整性由內(nèi)部晶格不完整性引起的。其表面電荷由晶格內(nèi)部的

51、不完整性決定，決定，與電解質(zhì)濃度無關(guān)與電解質(zhì)濃度無關(guān). 但是，這兩種雙電層均受電解質(zhì)壓縮，但是，這兩種雙電層均受電解質(zhì)壓縮， 電位要降低。電位要降低。v 電解質(zhì)壓縮雙電層機(jī)理：電解質(zhì)壓縮雙電層機(jī)理： 加入電解質(zhì)加入電解質(zhì) , 正負(fù)離子濃度增加正負(fù)離子濃度增加 ,反離子更多進(jìn)入吸附層反離子更多進(jìn)入吸附層 , 擴(kuò)散層擴(kuò)散層減薄減薄 ,電位降低。電位降低。電解質(zhì)對(duì)雙電層的影響電解質(zhì)對(duì)雙電層的影響 壓縮雙電層理論壓縮雙電層理論 理論要點(diǎn)理論要點(diǎn): : 電解質(zhì)加入電解質(zhì)加入, ,反離子反離子濃度增加濃度增加, ,反離子反離子擴(kuò)散進(jìn)入吸附擴(kuò)散進(jìn)入吸附層的機(jī)會(huì)增加層的機(jī)會(huì)增加,(,(e e1 1),),雙電

52、層變薄。雙電層變薄。( (電排斥電排斥作用距離縮短，電穩(wěn)性作用距離縮短，電穩(wěn)性) )=E=E總總-e-e1 1( (固面電荷與吸附溶劑化層內(nèi)固面電荷與吸附溶劑化層內(nèi)反離子反離子電荷之差電荷之差) )E E總總固面總電荷固面總電荷e e1 1吸附層吸附層反離子反離子凈電荷凈電荷) ) 等電態(tài)等電態(tài)電勢(shì)等于零，膠粒電勢(shì)等于零，膠粒不帶電，電泳、電滲速不帶電，電泳、電滲速度為零的狀態(tài)。度為零的狀態(tài)。 再帶電現(xiàn)象再帶電現(xiàn)象高價(jià)反離子進(jìn)入吸附高價(jià)反離子進(jìn)入吸附層，使層，使電勢(shì)改變符號(hào)電勢(shì)改變符號(hào)的現(xiàn)象。此時(shí)，膠粒電的現(xiàn)象。此時(shí)，膠粒電荷反號(hào)，電泳方向改變。荷反號(hào)，電泳方向改變。-x12電勢(shì)電勢(shì) +等電點(diǎn)

53、吸附同號(hào)表面活性劑吸附同號(hào)表面活性劑離子離子由于吸附表面活性劑或高由于吸附表面活性劑或高價(jià)異號(hào)離子的電荷變化價(jià)異號(hào)離子的電荷變化電解質(zhì)對(duì)電解質(zhì)對(duì)的影響規(guī)律的影響規(guī)律:v加任何電解質(zhì)都使加任何電解質(zhì)都使；v反離子價(jià)高，影響大；反離子價(jià)高，影響大；v反離子水化程度低，影響大；反離子水化程度低，影響大；v反離子濃度愈高，影響愈大。反離子濃度愈高，影響愈大。三、粘土三、粘土水懸浮體系的穩(wěn)定與聚結(jié)水懸浮體系的穩(wěn)定與聚結(jié)（Stability and Aggregation）( (一一).).沉降穩(wěn)定性沉降穩(wěn)定性指重力作用于下指重力作用于下, ,分散相顆粒是分散相顆粒是否容易下沉的性質(zhì)。否容易下沉的性質(zhì)。

54、影響因素分析影響因素分析: :據(jù)據(jù)Stokes定律定律 （Stokes Law） v式中：式中：Vs分散相顆粒下沉速度分散相顆粒下沉速度cm/s；r分散相顆粒半徑分散相顆粒半徑cm；,0分散相、分散介質(zhì)密度；分散相、分散介質(zhì)密度；g/cm3；分散介質(zhì)粘度分散介質(zhì)粘度Pa.s；g重力加速度重力加速度981cm/s2grVs02022. 0沉降穩(wěn)定性沉降穩(wěn)定性分散狀態(tài)分散狀態(tài)粒子半徑粒子半徑R下沉速度下沉速度（cm/s）下沉下沉1cm 所需時(shí)間所需時(shí)間懸浮體懸浮體10（）2.4710-240.5 s1（）2.4710-467.5 min膠體膠體01（）2.4710-6112 hr 5 min001

55、（）2.4710-8468 day 14 hr1（m）2.4710-10113 year 143 day注注：=2.7=2.7；0 0=1.0g/cm=1.0g/cm3 3；=0.015Pa.s=0.015Pa.s；(二二).聚結(jié)穩(wěn)定性聚結(jié)穩(wěn)定性DLVO理論要點(diǎn)理論要點(diǎn)v溶膠穩(wěn)定性取決于粒子間的凈作用力：溶膠穩(wěn)定性取決于粒子間的凈作用力：（1）斥力大于吸力，有斥力勢(shì)壘，穩(wěn)定性取決于）斥力大于吸力，有斥力勢(shì)壘，穩(wěn)定性取決于勢(shì)壘高低；勢(shì)壘高低；（2）吸力始終大于斥力，相互聚結(jié)而沉降；）吸力始終大于斥力，相互聚結(jié)而沉降；（3）有可能出現(xiàn)）有可能出現(xiàn)絮凝態(tài)絮凝態(tài)-粒間聚結(jié)但相互吸力并粒間聚結(jié)但相互吸力并不強(qiáng)，體系仍穩(wěn)定，外界條件改變膠粒又相互不強(qiáng)，體系仍穩(wěn)定，外界條件改變膠粒又相互分離。分離。 絮凝作用v 早就發(fā)現(xiàn)，在溶膠或懸浮體內(nèi)加入極少量的可溶性高分子化合物，可導(dǎo)致溶膠迅速沉淀，沉淀呈疏松的棉絮狀，這類沉淀