一、粘土矿物的两种基本构造单元
1、硅氧四面体与硅氧四面体晶片
硅氧四面体:有一个硅原子与四个氧原子,硅原子在四面体的中心,氧原子在四面体的顶点,硅原子与各氧原子之间的距离相等,其结构见右图上。
硅氧面体晶片:指硅氧四面体网络。硅氧四面体网络由硅氧四面体通过相临的氧原子连接而成,其立体结构见右下图。
2、铝氧八面体与铝氧八面体晶片
铝氧八面体:六个顶点为氢氧原子团,铝、铁或镁原子居于八面体中央(如右上图所示)。
铝氧八面体晶片:多个铝氧八面体通过共用的O或OH连接而成的AL-O八面体网络。
3、晶片的结合
晶层:四面体晶片与八面体晶片以适当的方式结合,构成晶层
1:1型晶层:由一个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体晶片构成。
2:1型晶层:由两个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体晶片构成。
伊利石在不发生晶格取代时,其理想结构式为:
Al4(Si8O20)(OH)4
伊利石的实际结构式为:
(K)xAl4(Si8-xAlx)O20(OH)20
(2)阳离子交换容量(C.E.C)
定义:分散介质PH=9时,100g粘土所能交换下来的阳离子的毫摩尔数(以一价阳离子毫摩尔数表示)。
C.E.C是粘土的一个很重要的指标,因为它与粘土性质(如水化膨胀、分散等)密切相关。
(3)造浆率:一吨干粘土所能配制粘度(表观粘度)为15mPa.s钻井液的体积数,m3/T。
造浆率越高,说明粘土的水化分散能力越强。
v泥浆滤失量大易引起页岩的膨胀和垮塌,造成井壁不稳定。泥浆和滤液侵入地层,引起粘土膨胀,堵塞地层油气流通道,损害产层。在滤失量增大的同时滤饼也增厚,而厚滤饼使井径缩小,造成钻具扭矩大,起钻抽汲,下钻遇阻,固井质量差等问题。因此,适当低的滤失量是泥浆的重要性能之一。
v第一、护胶作用。为了形成渗透率低的泥饼,要求泥浆中粘土颗粒粒径有合适的大小分布,同时要求有较多的细颗粒。降滤失剂的护胶作用在于(1)吸附在粘土表面形成吸附层,以阻止粘土颗粒絮凝变大;(2)能把在泥浆循环搅拌下所拆散的细颗粒通过吸附稳定下来,不再粘结成大颗粒。这样增加颗粒的比例,有利于形成致密泥饼。
第二、提高滤液粘度可以降低滤失量。滤失量与泥浆滤液粘度的0.5次方成反比。有机降滤失剂加入泥浆后提高了滤液粘度,使滤失量降低。第三增加泥浆中搬土颗粒的水化程度,可以降低滤失量.降滤失剂吸附在泥浆中的搬土颗粒上,使其水化程度增加颗粒的水化膜增厚,形成的滤饼在高压下易变形,滤饼的渗透率降低。
第四、降滤失剂分子本身的堵孔作用。有机高分子降滤失剂的分子尺寸在胶体颗粒范围内,加入这些外理剂后,它们一方面是分子的长链楔入滤饼的间隙中,另一方面长链分子卷曲成球状,堵塞滤饼微孔隙,使滤饼薄而致密,从而降低滤失量。
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