(油田化學(xué)課件)第一章緒論

1、( (油田化學(xué)課件油田化學(xué)課件) )第一章第一章緒論緒論緒論緒論油田化學(xué)的研究對(duì)象油田化學(xué)的研究對(duì)象 油田化學(xué)的研究對(duì)象油田化學(xué)的研究對(duì)象 油田化學(xué)油田化學(xué)集集輸輸化化學(xué)學(xué)鉆鉆井井化化學(xué)學(xué)采采油油化化學(xué)學(xué)油田化學(xué)與油田地質(zhì)學(xué)密切聯(lián)系；是鉆井工程、采油工程、油油田化學(xué)與油田地質(zhì)學(xué)密切聯(lián)系；是鉆井工程、采油工程、油藏工程和集輸工程等的邊緣科學(xué)；各門根底化學(xué)無機(jī)、有機(jī)、藏工程和集輸工程等的邊緣科學(xué)；各門根底化學(xué)無機(jī)、有機(jī)、分析、物化、外表、膠體化學(xué)等是油田化學(xué)的根底；與流體分析、物化、外表、膠體化學(xué)等是油田化學(xué)的根底；與流體力學(xué)和滲流力學(xué)及環(huán)境化學(xué)也有密切的聯(lián)系。力學(xué)和滲流力學(xué)及環(huán)境化學(xué)也有密切的聯(lián)

2、系。鉆井化學(xué)鉆井化學(xué)主要研究鉆井鉆井化學(xué)主要研究鉆井/完井和水泥漿體系的性能及其控制與完井和水泥漿體系的性能及其控制與調(diào)整。包括添加劑的作用機(jī)理、合成、篩選、改進(jìn)和應(yīng)用。調(diào)整。包括添加劑的作用機(jī)理、合成、篩選、改進(jìn)和應(yīng)用。涉及鉆井、完井、固井、射孔、試油等過程的化學(xué)問題。涉及鉆井、完井、固井、射孔、試油等過程的化學(xué)問題。鉆井液化學(xué)鉆井液化學(xué)水泥漿化學(xué)水泥漿化學(xué)鉆井液體系及添加劑鉆井液體系及添加劑完井液體系及添加劑完井液體系及添加劑鉆井、完井過程油氣層保護(hù)鉆井、完井過程油氣層保護(hù)水泥漿體系及添加劑水泥漿體系及添加劑固井射孔油氣層保護(hù)固井射孔油氣層保護(hù)油田化學(xué)的研究對(duì)象油田化學(xué)的研究對(duì)象 采油化學(xué)

3、油層化學(xué)改造油層化學(xué)改造化學(xué)驅(qū)法化學(xué)驅(qū)法混相驅(qū)法混相驅(qū)法 烴類混相法烴類混相法 非烴類混相法非烴類混相法聚合物驅(qū)聚合物驅(qū)活性劑驅(qū)活性劑驅(qū)堿驅(qū)堿驅(qū)復(fù)合驅(qū)復(fù)合驅(qū)熱采法熱采法 蒸汽驅(qū)蒸汽驅(qū) 火燒油層法火燒油層法油水井化學(xué)改造油水井化學(xué)改造水井調(diào)剖水井調(diào)剖 油井堵水油井堵水化學(xué)防砂化學(xué)防砂 防蠟清蠟防蠟清蠟稠油降粘稠油降粘 酸化解堵酸化解堵射孔壓裂射孔壓裂 修井壓井修井壓井油層保護(hù)油層保護(hù) 綜合措施綜合措施采油化學(xué)主要研究油層改造和油水井化學(xué)改造問題。包括改采油化學(xué)主要研究油層改造和油水井化學(xué)改造問題。包括改造方案、添加劑的作用機(jī)理、合成、篩選、改進(jìn)和應(yīng)用。涉造方案、添加劑的作用機(jī)理、合成、篩選、改進(jìn)

4、和應(yīng)用。涉及采油過程中的眾多化學(xué)問題。及采油過程中的眾多化學(xué)問題。集輸化學(xué)腐蝕與防護(hù)腐蝕與防護(hù)阻垢與清垢阻垢與清垢乳化與破乳乳化與破乳降粘與減阻降粘與減阻天然氣利用天然氣利用污水的處理污水的處理污染與防治污染與防治 集輸化學(xué)主要研究設(shè)備和管道的腐蝕與防護(hù)、原油的破乳集輸化學(xué)主要研究設(shè)備和管道的腐蝕與防護(hù)、原油的破乳與乳化、原油的降粘與降阻輸送、天然氣的處理和利用、油田與乳化、原油的降粘與降阻輸送、天然氣的處理和利用、油田污水和污泥的綜合處理以及油氣田環(huán)境保護(hù)問題。涉及原油集污水和污泥的綜合處理以及油氣田環(huán)境保護(hù)問題。涉及原油集輸和預(yù)處理中的眾多化學(xué)問題。輸和預(yù)處理中的眾多化學(xué)問題。集輸化學(xué)主要

5、研究設(shè)備和管道的腐蝕與防護(hù)、原油的破乳與集輸化學(xué)主要研究設(shè)備和管道的腐蝕與防護(hù)、原油的破乳與乳化、原油的降粘與降阻輸送、天然氣的處理和利用、油田乳化、原油的降粘與降阻輸送、天然氣的處理和利用、油田污水和污泥的綜合處理以及油氣田環(huán)境保護(hù)問題。涉及原油污水和污泥的綜合處理以及油氣田環(huán)境保護(hù)問題。涉及原油集輸和預(yù)處理中的眾多化學(xué)問題。集輸和預(yù)處理中的眾多化學(xué)問題。油田化學(xué)的研究對(duì)象油田化學(xué)的研究對(duì)象 第一章第一章 粘土礦物粘土礦物第一篇第一篇 鉆井化學(xué)鉆井化學(xué)粘土礦物的應(yīng)用粘土礦物的應(yīng)用與與鉆鉆井井工工程程的的關(guān)關(guān)系系 1粘土是鉆井液的重要組成成分，配漿原材粘土是鉆井液的重要組成成分，配漿原材料。料

6、。 2鉆井過程中井眼的穩(wěn)定性，泥頁巖的主要組鉆井過程中井眼的穩(wěn)定性，泥頁巖的主要組成局部，成局部，75%地層為泥頁巖，地層為泥頁巖，90%的井壁不穩(wěn)定發(fā)的井壁不穩(wěn)定發(fā)生在泥頁巖。生在泥頁巖。3油氣層的保護(hù)，粘土礦物膨脹與鉆井液配漿油氣層的保護(hù)，粘土礦物膨脹與鉆井液配漿粘土堵塞。粘土堵塞。第一章第一章 粘土礦物粘土礦物粘土粘土水水/ /油油處理劑處理劑鉆井液鉆井液粘粘土土前言前言 2 2粘土：疏松的尚未固結(jié)成巖的以粘土礦物為粘土：疏松的尚未固結(jié)成巖的以粘土礦物為主的主的50%50%沉積物。沉積物。 3 3粘土巖俗稱：泥頁巖：粘土礦物經(jīng)沉積、粘土巖俗稱：泥頁巖：粘土礦物經(jīng)沉積、固結(jié)成巖作用后成為粘

7、土巖。固結(jié)成巖作用后成為粘土巖。 1 1粘土礦物：細(xì)分散的粘土礦物：細(xì)分散的2m2m含水的鋁硅含水的鋁硅酸鹽類礦物的總稱，可進(jìn)一步分為晶質(zhì)具有晶體結(jié)酸鹽類礦物的總稱，可進(jìn)一步分為晶質(zhì)具有晶體結(jié)構(gòu)的和非晶質(zhì)，自然界中所見到的粘土礦物絕大多構(gòu)的和非晶質(zhì)，自然界中所見到的粘土礦物絕大多數(shù)是晶質(zhì)的。數(shù)是晶質(zhì)的。 第一章第一章 粘土礦物粘土礦物第一節(jié)第一節(jié) 粘土礦物的根本構(gòu)造粘土礦物的根本構(gòu)造第一章第一章 粘土礦物粘土礦物基本構(gòu)造單元基本構(gòu)造單元 基本構(gòu)造單元片基本構(gòu)造單元片 基基本結(jié)構(gòu)層本結(jié)構(gòu)層 各種粘土礦物各種粘土礦物基本構(gòu)造單元基本構(gòu)造單元 硅氧四面體和鋁氧八面體硅氧四面體和鋁氧八面體 Si/O

8、Al/O基本構(gòu)造單元片基本構(gòu)造單元片 硅氧四面體片和鋁氧八面體片硅氧四面體片和鋁氧八面體片基本結(jié)構(gòu)層基本結(jié)構(gòu)層 (單位晶層單位晶層) 1:1型型 2:1型型各種粘土礦物各種粘土礦物粘土礦物的根本構(gòu)造1、硅氧四面體與硅氧四面體晶片 硅氧四面體硅氧四面體：有一個(gè)硅原：有一個(gè)硅原子與四個(gè)氧原子，硅原子子與四個(gè)氧原子，硅原子在四面體的中心，氧原子在四面體的中心，氧原子在四面體的頂點(diǎn)，硅原子在四面體的頂點(diǎn)，硅原子與各氧原子之間的距離相與各氧原子之間的距離相等。等。頂氧頂氧 底氧底氧 硅氧四面體晶片硅氧四面體晶片：指硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)。指硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)。硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)由硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)由硅氧四面體通過相硅氧四面

9、體通過相臨的氧原子連接而臨的氧原子連接而成。成。粘土礦物的根本構(gòu)造 2、鋁氧八面體與鋁氧八面體晶片 鋁氧八面體：六個(gè)頂點(diǎn)鋁氧八面體：六個(gè)頂點(diǎn)為氧原子或羥基，鋁或鐵、為氧原子或羥基，鋁或鐵、鎂原子居于八面體中央。鎂原子居于八面體中央。氧或羥基氧或羥基粘土礦物的根本構(gòu)造鋁氧八面體晶片鋁氧八面體晶片：多個(gè)鋁氧八面體通多個(gè)鋁氧八面體通過共用的過共用的O或或OH連連接而成的接而成的Al-O八面八面體網(wǎng)絡(luò)。體網(wǎng)絡(luò)。粘土礦物的根本構(gòu)造3、晶片的結(jié)合層面是層面是O層面是層面是OHSi-O晶片晶片Al-O晶片晶片晶層晶層：四面體晶片與八面體晶片以適當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合，構(gòu)成晶層：四面體晶片與八面體晶片以適當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合，

10、構(gòu)成晶層11：1型晶層：由一個(gè)硅氧四面體晶片與一個(gè)鋁型晶層：由一個(gè)硅氧四面體晶片與一個(gè)鋁 氧八面體氧八面體 晶片構(gòu)成。晶片構(gòu)成。粘土礦物的根本構(gòu)造22：1型晶層：由兩個(gè)硅氧四面體晶片與一個(gè)鋁氧八面體 晶片構(gòu)成。氧原子氧原子氧原子氧原子Si-O晶片晶片Al-O晶片晶片Si-O晶片晶片粘土礦物的根本構(gòu)造粘土礦物的根本構(gòu)造層間域?qū)娱g域/ /晶層間距晶層間距晶層間距晶層間距晶層間距晶層間距層間域：相鄰根本結(jié)構(gòu)層之間的空間。層間域：相鄰根本結(jié)構(gòu)層之間的空間。晶層間距：相鄰根本結(jié)構(gòu)層的相對(duì)應(yīng)晶面間的垂直距離。晶層間距：相鄰根本結(jié)構(gòu)層的相對(duì)應(yīng)晶面間的垂直距離。 層間水層間水層間陽層間陽離子離子第二節(jié)第二節(jié)粘

11、土礦物粘土礦物第一章第一章 粘土礦物粘土礦物1、根本概念粘土礦物粘土礦物1 1晶格取代：硅氧四面體中的硅原子和鋁氧八面體中的晶格取代：硅氧四面體中的硅原子和鋁氧八面體中的鋁原子為其他原子通常為低一價(jià)的金屬原子所取代，使鋁原子為其他原子通常為低一價(jià)的金屬原子所取代，使晶體的電價(jià)產(chǎn)生不平衡。晶體的電價(jià)產(chǎn)生不平衡。Si-OSi-O四面體：四面體：AlAl3+3+取代取代SiSi4+4+Al-OAl-O八面體：八面體： MgMg2+2+、FeFe2+2+取代取代AlAl3 3+ + 粘土帶粘土帶 負(fù)負(fù)電荷電荷例例1 1：蒙脫石在不發(fā)生晶格取代時(shí)，其理想結(jié)構(gòu)式為：蒙脫石在不發(fā)生晶格取代時(shí)，其理想結(jié)構(gòu)式為

12、： AlAl4 4SiSi8 8O O2 2(OH)(OH)4 4.nH.nH2 2O O 蒙脫石的實(shí)際結(jié)構(gòu)式為：蒙脫石的實(shí)際結(jié)構(gòu)式為： (1/2Ca,Na)(1/2Ca,Na)x x( (MgMgx xAlAl4-x4-x)(Si)(Si8 8O O2020)(OH)(OH)4 4.nH.nH2 2O O例例2 2：伊利石在不發(fā)生晶格取代時(shí)，其理想結(jié)構(gòu)式為：伊利石在不發(fā)生晶格取代時(shí)，其理想結(jié)構(gòu)式為： Al4 Al4Si8O20Si8O20OHOH4 4 伊利石的實(shí)際結(jié)構(gòu)式為：伊利石的實(shí)際結(jié)構(gòu)式為： (K)(K)x xAlAl4 4( (SiSi8-x8-xAlAlx x)O)O2020(OH

13、)(OH)2020粘土礦物粘土礦物2陽離子交換容量陽離子交換容量C.E.C) 定義：定義： 1kg 1kg粘土在粘土在pHpH值為值為7 7的條件下，能被交換下來的的條件下，能被交換下來的陽離子的總量以一價(jià)陽離子毫摩爾數(shù)表示，單位為陽離子的總量以一價(jià)陽離子毫摩爾數(shù)表示，單位為mmol/kgmmol/kg。可用來表示粘土在水中帶電性的多少，它與粘土的水化可用來表示粘土在水中帶電性的多少，它與粘土的水化分散、吸附等性質(zhì)密切相關(guān)。分散、吸附等性質(zhì)密切相關(guān)。3造漿率：一噸干粘土所能配制粘度表觀粘度為造漿率：一噸干粘土所能配制粘度表觀粘度為 鉆井液的體積數(shù)，鉆井液的體積數(shù)，m3/T。造漿率造漿率粘土的水

14、化分散能力粘土的水化分散能力粘土礦物粘土礦物粘土礦物粘土礦物高嶺石高嶺石蒙脫石蒙脫石伊利石伊利石綠泥石綠泥石坡縷石坡縷石海泡石海泡石1 1高嶺石高嶺石高嶺石晶體結(jié)構(gòu)示意圖高嶺石晶體結(jié)構(gòu)示意圖粘土礦物粘土礦物晶層間距晶層間距高嶺石高嶺石高嶺石特點(diǎn)Si-OAl-OOHOA、1：1型粘土礦物型粘土礦物B、幾乎不存在晶格取代，負(fù)電量少、幾乎不存在晶格取代，負(fù)電量少C、晶層間引力以氫鍵為主，引力強(qiáng)，晶層間距、晶層間引力以氫鍵為主，引力強(qiáng)，晶層間距問題：為什么高嶺石屬非膨脹問題：為什么高嶺石屬非膨脹性粘土礦物？性粘土礦物？粘土礦物粘土礦物D D、低、低30-150 mmol/kg30-150 mmol/k

15、g土土) ) 在三種常見的粘土礦物中，高嶺石的最低。原因在三種常見的粘土礦物中，高嶺石的最低。原因在于高嶺石幾乎不存在晶格取代，所以帶負(fù)電荷很少，在于高嶺石幾乎不存在晶格取代，所以帶負(fù)電荷很少，周圍吸附的陽離子數(shù)目少，可發(fā)生交換的陽離子數(shù)目就周圍吸附的陽離子數(shù)目少，可發(fā)生交換的陽離子數(shù)目就更少了，所以小。更少了，所以小。、造漿率低、造漿率低 高嶺石晶層間以氫鍵為主，引力較強(qiáng)，晶層間連接高嶺石晶層間以氫鍵為主，引力較強(qiáng)，晶層間連接緊密，水分子不易進(jìn)入晶層間，水化作用僅限于外外表，緊密，水分子不易進(jìn)入晶層間，水化作用僅限于外外表，故水化分散能力差，造漿率低。故水化分散能力差，造漿率低。粘土礦物粘土

16、礦物蒙脫石蒙脫石Al-OSi-OSi-O蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)示意圖蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)示意圖粘土礦物粘土礦物Si-OSi-OAl-O可交換陽離子可交換陽離子 H H2 2OO蒙脫石蒙脫石蒙脫石特點(diǎn)A、2：1型粘土礦物型粘土礦物B、存在晶格取代，、存在晶格取代，取代位置主要在取代位置主要在Al-O八面體中，即八面體中，即Al3+被被Mg2+、Fe2+和和Zn2+等取代，產(chǎn)生的負(fù)電荷由等量的等取代，產(chǎn)生的負(fù)電荷由等量的Na+或或Ca2+來平衡。來平衡。 C、晶層間引力以分子間力為主、晶層間引力以分子間力為主，引力弱，晶層間距引力弱，晶層間距- 40。粘土礦物粘土礦物 蒙脫石蒙脫石上下相臨的層面皆為上下相臨的層

17、面皆為O面，晶層間引力以分子面，晶層間引力以分子間力為主，層間引力較弱，水分子易進(jìn)入晶層。間力為主，層間引力較弱，水分子易進(jìn)入晶層。 蒙脫石由于晶格取代產(chǎn)生較多的負(fù)電荷，在它周圍必蒙脫石由于晶格取代產(chǎn)生較多的負(fù)電荷，在它周圍必然會(huì)吸附等電量的陽離子，水化陽離子給粘土帶來厚的水化然會(huì)吸附等電量的陽離子，水化陽離子給粘土帶來厚的水化膜，使蒙脫石膨脹。膜，使蒙脫石膨脹。Al-OSi-OSi-OSi-OSi-OAl-O為什么蒙脫石屬膨脹型粘土礦物？為什么蒙脫石屬膨脹型粘土礦物？D、C.E.C 大700-1300 mmol/1kg土) 、造漿率高、造漿率高 因?yàn)橐驗(yàn)槊擅撌哂泻軓?qiáng)的水化膨脹能力，造漿率高

18、，蒙脫石具有很強(qiáng)的水化膨脹能力，造漿率高，所以它是鉆井泥漿的主要配漿材料。所以它是鉆井泥漿的主要配漿材料。 原因在于蒙脫石存在原因在于蒙脫石存在晶格取代晶格取代，所以帶負(fù)電荷較多，所以帶負(fù)電荷較多，周圍吸附的陽離子數(shù)目較多，可發(fā)生交換的陽離子數(shù)目周圍吸附的陽離子數(shù)目較多，可發(fā)生交換的陽離子數(shù)目多，所以大。多，所以大。粘土礦物粘土礦物鈣土鈣土 鈉土鈉土Na2CO33伊利石 伊利石晶體結(jié)構(gòu)示意圖伊利石晶體結(jié)構(gòu)示意圖粘土礦物粘土礦物3伊利石 伊利石特點(diǎn) Al-OSi-OSi-OK+A、2：1型粘土礦物型粘土礦物B、存在晶格取代、存在晶格取代，取代位置主要在，取代位置主要在Si-O四面體中，且取代數(shù)目

19、比蒙脫石四面體中，且取代數(shù)目比蒙脫石多，產(chǎn)生的負(fù)電荷由等量的多，產(chǎn)生的負(fù)電荷由等量的K+來平衡。來平衡。C、晶層間引力以靜電力為主，、晶層間引力以靜電力為主，引力引力強(qiáng)，晶層間距強(qiáng)，晶層間距C=10，屬非膨脹型粘，屬非膨脹型粘土礦物。土礦物。粘土礦物粘土礦物Si-OSi-OAl-O 由于伊利石取代位置主要在由于伊利石取代位置主要在Si-OSi-O四面體中，產(chǎn)生的負(fù)電荷離晶層外表四面體中，產(chǎn)生的負(fù)電荷離晶層外表近，與吸附的近，與吸附的K+K+產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電力，層間引力較強(qiáng)，水分子不易進(jìn)入晶產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電力，層間引力較強(qiáng)，水分子不易進(jìn)入晶層層. . K+的大小剛好的大小剛好嵌入嵌入相鄰晶層間的相鄰

20、晶層間的氧原子網(wǎng)格形成的六方網(wǎng)格氧原子網(wǎng)格形成的六方網(wǎng)格空穴中空穴中，周圍有周圍有12個(gè)氧與它配伍，起到連接個(gè)氧與它配伍，起到連接作用，水分子不易進(jìn)入晶層；作用，水分子不易進(jìn)入晶層；粘土礦物粘土礦物伊利石屬非膨脹型粘土礦物。為什么？伊利石屬非膨脹型粘土礦物。為什么？D、C.E.C 大介于高嶺石與蒙脫石之間200-400mmol/1kg土) 伊利石由于晶格取代作用產(chǎn)生的負(fù)電荷由伊利石由于晶格取代作用產(chǎn)生的負(fù)電荷由K+K+來平衡，由于伊利石取代來平衡，由于伊利石取代位置主要在位置主要在Si-OSi-O四面體中，產(chǎn)生的負(fù)電荷離晶層外表近，故與四面體中，產(chǎn)生的負(fù)電荷離晶層外表近，故與K+K+產(chǎn)生很產(chǎn)生

21、很強(qiáng)的靜電力，強(qiáng)的靜電力， K+ K+不易交換下來。不易交換下來。 K+的大小剛好嵌入相鄰晶層間的氧原子網(wǎng)格形成的空穴的大小剛好嵌入相鄰晶層間的氧原子網(wǎng)格形成的空穴中，起到連接作用，周圍有中，起到連接作用，周圍有12個(gè)氧與它配伍，因此，個(gè)氧與它配伍，因此， K+連連接通常非常牢固接通常非常牢固，不易交換下來，不易交換下來。、造漿率低、造漿率低粘土礦物粘土礦物 一般情況下，隨著地層深度的增加，伊利石含量增加蒙脫石含一般情況下，隨著地層深度的增加，伊利石含量增加蒙脫石含量減少，因此，下部地層縮徑現(xiàn)象少，以剝落掉塊、坍塌為主。量減少，因此，下部地層縮徑現(xiàn)象少，以剝落掉塊、坍塌為主。 粘土礦物粘土礦物

22、表表1-1 高嶺石、伊利石和蒙脫石根本特性比較高嶺石、伊利石和蒙脫石根本特性比較 礦物名稱礦物名稱項(xiàng)目項(xiàng)目高嶺石高嶺石伊利石伊利石蒙脫石蒙脫石晶體類型晶體類型1：12：12：1層間力層間力氫鍵力氫鍵力靜電力，分子間力靜電力，分子間力 分子間力（范氏力）分子間力（范氏力）層間距，層間距，nm0.721.00.964層間離子層間離子無無K+Na+/Ca2+電荷來源電荷來源晶體邊緣斷鍵晶體邊緣斷鍵Al3+取代取代Si4+Mg2+或或Fe2+取代取代Al3+晶格取代晶格取代幾乎無幾乎無有有有有CEC，mmol/kg土土301502004007001300比表面積，比表面積，m2/g土土97065180

23、600850水化性水化性難水化難水化不易水化不易水化易水化易水化第三節(jié)第三節(jié) 粘土礦物的性質(zhì)粘土礦物的性質(zhì)第一章第一章 粘土礦物粘土礦物粘土礦物的性質(zhì)粘土礦物的性質(zhì)帶電性帶電性膨脹性膨脹性吸附性吸附性凝聚性凝聚性粘土礦物的性質(zhì)粘土礦物的性質(zhì)一、帶電性一、帶電性定義：指粘土礦物在與水接觸時(shí)的帶電符號(hào)和帶電量定義：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)電荷荷 1809年，俄國(guó)年，俄國(guó)物理學(xué)家物理學(xué)家將兩將兩支玻璃管插在潮濕的支玻璃管插在潮濕的粘土塊中，加水至兩粘土塊中，加水至兩管液面相平。各放一管液

24、面相平。各放一電極，接通電源電極，接通電源。 發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象：發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象：正極粘土粒子不斷富集，水變渾濁，且水面略下降，負(fù)正極粘土粒子不斷富集，水變渾濁，且水面略下降，負(fù)極管內(nèi)水慢慢上升極管內(nèi)水慢慢上升結(jié)論：結(jié)論： 濕粘土：濕粘土： 粘土粒子粘土粒子電泳，帶負(fù)電電泳，帶負(fù)電 介質(zhì)水介質(zhì)水電滲，帶正電電滲，帶正電 電荷產(chǎn)生原因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）pH1 1、永久電荷、永久電荷 晶格取代：粘土礦物晶體結(jié)構(gòu)中一局部陽離子被另外一晶格取代：粘土礦物晶體結(jié)構(gòu)中一局部陽離子被另外一局部陽離子所取代置換，但晶體結(jié)構(gòu)不變的現(xiàn)象。局部陽離子所取代置換，但

25、晶體結(jié)構(gòu)不變的現(xiàn)象。 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，平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，平衡陽離子不同，因此層面電荷密度不同，水化難易程度不同。衡陽離子不同，因此層面電荷密度不同，水化難易程度不同。 粘土礦物的性質(zhì)粘土礦物的性質(zhì) 2、外表羥基與H+與OH-的反響可變電荷在酸性環(huán)境中：羥基與在酸性環(huán)境中：羥基與H+反響，粘土帶正電性。反響，粘土帶正電性。Al-OH + H+ Al+ + H2O在堿性或中性條件下：羥基與在堿性或中性條件下：羥基與OH-反響，粘土帶負(fù)電性。反響，粘土帶負(fù)電性。Al-OH + OH- Al-O- + H2O粘土礦物的

26、性質(zhì)粘土礦物的性質(zhì)粘土礦物帶電量粘土礦物帶電量 粘土帶電量通常用表示，粘土帶電量通常用表示， 越大，說明粘土所帶負(fù)電荷越越大，說明粘土所帶負(fù)電荷越多，三種常見粘土礦物的大致如下。多，三種常見粘土礦物的大致如下。礦物名稱礦物名稱C.E.C高嶺石高嶺石30-150蒙脫石蒙脫石700-1300伊利石伊利石200-400 思考題：為什么伊利石單位晶胞所帶負(fù)電荷晶格取思考題：為什么伊利石單位晶胞所帶負(fù)電荷晶格取代比蒙脫石多，而卻比蒙脫石??？代比蒙脫石多，而卻比蒙脫石??？影響因素：影響因素：粘土類型；分散程度；粘土類型；分散程度；CEC；pH值等值等 粘土礦物的性質(zhì)粘土礦物的性質(zhì) 1、定義、定義 水化：粘

27、土礦物外表容易吸附較多水分子的特性。水化：粘土礦物外表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)，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。親水性越強(qiáng)，吸水量越大，水化膨脹越厲害。 2、水化膨脹機(jī)理、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：外表水化力、滲透水化力和毛細(xì)管作用。粘土礦物的性質(zhì)粘土礦物的性質(zhì)二、二、 粘土的水化膨脹性粘土的水化膨脹性(1)外表水化 定義：由粘土晶體外表直接吸附水分子和通過所吸附的定義：由粘土晶體外表

28、直接吸附水分子和通過所吸附的可交換性陽離子間接吸附水分子而導(dǎo)致的水化?？山粨Q性陽離子間接吸附水分子而導(dǎo)致的水化。 外表水化機(jī)理外表水化機(jī)理 直接水化：粘土外表上的直接水化：粘土外表上的H+和和OH-通過氫鍵吸附水分子。通過氫鍵吸附水分子。間接水化：通過所吸附的可交換性陽離子間接吸附水分子。間接水化：通過所吸附的可交換性陽離子間接吸附水分子。 (2) 滲透水化滲透水化 定義定義：由于晶層間陽離子濃度大于溶液內(nèi)部：由于晶層間陽離子濃度大于溶液內(nèi)部 的陽離子的陽離子濃度，因而發(fā)生水的濃差擴(kuò)散，使水進(jìn)入晶層。濃度，因而發(fā)生水的濃差擴(kuò)散，使水進(jìn)入晶層。 作用機(jī)理作用機(jī)理：濃差擴(kuò)散。：濃差擴(kuò)散。粘土礦物的

29、性質(zhì)粘土礦物的性質(zhì)1、 吸附：物質(zhì)在兩相界面上自動(dòng)濃集吸附：物質(zhì)在兩相界面上自動(dòng)濃集(界面濃度大于內(nèi)部界面濃度大于內(nèi)部 濃濃度的現(xiàn)象。度的現(xiàn)象。 吸附質(zhì)：被吸附的物質(zhì)鉆井液處理劑吸附質(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)粘土吸附劑：吸附吸附質(zhì)的物質(zhì)粘土 1物理吸附：范德華引力引起，一般無選擇性，物理吸附：范德華引力引起，一般無選擇性， 吸附熱較吸附熱較小，容易脫附。例：陰離子和非離子處理劑在粘土上的吸附。小，容易脫附。例：陰離子和非離子處理劑在粘土上的吸附。2、分類、分類2化學(xué)吸附：化學(xué)鍵力引起，具有選擇性，吸附熱較大，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。

30、例：陽離子處理劑在粘土上的吸附。不易脫附。例：陽離子處理劑在粘土上的吸附。粘土礦物的性質(zhì)粘土礦物的性質(zhì)三 吸附性3離子交換吸附離子交換吸附 粘土礦物外表上離子通常為補(bǔ)償性陽離子與溶液粘土礦物外表上離子通常為補(bǔ)償性陽離子與溶液中同號(hào)離子間的交換作用。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)化為鈉蒙脫土土，可轉(zhuǎn)化為鈉蒙脫土 粘土礦物的性質(zhì)粘土礦物的性質(zhì)CaCa2+2+土土+Na+Na2 2COCO3 3 2Na 2Na+ +土土+CaCO+CaCO3 3特點(diǎn)：特點(diǎn)： 同號(hào)、等電量、可逆同號(hào)、等電量、可逆影響因素：影響因素

31、：離子價(jià)數(shù)離子價(jià)數(shù) 離子價(jià)數(shù)越大越容易發(fā)生離子交換離子價(jià)數(shù)越大越容易發(fā)生離子交換庫侖定律，吸引力與電荷量正比庫侖定律，吸引力與電荷量正比b. b. 離子半徑離子半徑 離子半徑越大單位體積所帶電荷小，對(duì)水離子半徑越大單位體積所帶電荷小，對(duì)水分子吸引力小，與膠粒吸引力大，離子水化半徑越小分子吸引力小，與膠粒吸引力大，離子水化半徑越小與膠粒間距離小，離子的吸附性越強(qiáng)，交換能力越與膠粒間距離小，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)榇?，通常離子的交換能力由弱到強(qiáng)的排列順序?yàn)長(zhǎng)i+Na+K+(NH4+)Mg2+Ca2+Ba2+Al3+FeLi+Na+K+(NH4+)Mg2+Ca2+Ba2+Al3+Fe3+H+3+H+c. c. 離子濃度離子濃度 離子濃度越大交換能力越強(qiáng)離子濃度越大交換能力越強(qiáng) 粘土礦物的性質(zhì)粘土礦物的性質(zhì)四、四、 粘土的凝聚性粘土的凝聚性1概念：粘土礦物顆粒在水分散體系狀態(tài)下，概念：粘土礦物顆粒在水分散體系狀態(tài)下，通過不同的聯(lián)結(jié)方式產(chǎn)生絮凝或聚結(jié)集的現(xiàn)象。通過不同的聯(lián)結(jié)方式產(chǎn)生絮凝或聚結(jié)集的現(xiàn)