粘土胶体化学基础-粘土矿物的晶体构造

项目一：粘土胶体化学基础课程名称：泥浆材料检测与应用任务一：粘土矿物的晶体构造粘土的分类和化学组成粘土矿物的晶体构造01知识点02知识点01项目一：粘土胶体化学基础任务粘土矿物的晶体构造知识点1粘土的分类和化学组成知识点1：粘土的分类和化学组成01020304粘土矿物的晶体构造项目一：粘土胶体化学基础任务一粘土矿物的晶体构造

在配制钻井液过程中，原材料的用量比较大，其选择不当会对钻井液性能造成很不好的影响，同时也会造成不必要的浪费。钻井液原材料是指组成钻井液的基本组分，如黏土、水、油、加重材料等。一、黏土黏土主要是由黏土矿物（含水的铝硅酸盐）组成的。黏土中某些含有不定量的非黏土矿物，许多还含有非晶质的胶体矿物。多数黏土颗粒的粒径小于2μｍ，在水中有分散性、带电性、离子交换性、水化性。（影响钻井液的配制、性能及其维护、调整）1、黏土矿物的分类（按单元晶结构特征分）

单元晶层构造特征黏土矿物族黏土矿物1:1高岭石族高岭石、地开石、珍珠陶土等埃洛石等埃洛族2:1蒙皂石族蒙皂石、拜来石、囊脱石、皂石、蛭石等伊利石、海绿石等水云母族2:2绿泥石族各种绿泥石等层链状结构海泡石族海泡石、凹凸棒石、坡缕缟石等2、黏土矿物的化学组成黏土矿物名称化学组成SiO2:Al2O3高岭石2Al2O3.4SiO2.4H2O2:1蒙皂石（Al2Mg3)(Si4O10)(OH)2.nH2O4:1伊利石(K,Na,Ca)m(Al,Mg)3(Si,Al)8O20(OH)4.nH2O1:1不同类型黏土矿物化学成分不同。01项目一：钻井液概述任务钻井液循环和功用知识点2粘土矿物的晶体构造3、黏土矿物的基本构造单元组成各种黏土矿物的基本构造单元是硅氧四面体和铝氧八面体。1）硅氧四面体与硅氧四面体晶片大多数黏土矿物中，硅氧四面体的排列为六角形的硅氧四面体网格结构。硅氧四面体网格的重复联结形成硅氧四面体晶片，是由三个原子层构成的立体片状结构。(a)单个硅氧四面体；（b）硅氧四面体晶片（俯视图）；（c）硅氧四面体晶片（立体图）2）铝氧八面体与铝氧八面体晶片3）晶片的结合硅氧四面体片与铝氧八面体片通过共用的氧原子，以共价键连接在一起构成单元晶层，单元晶层面—面堆叠形成晶体。4、几种常见黏土矿物1）高岭石高岭石的单元晶层构造是由一片硅氧四面体晶片和一片铝氧八面体晶片组成的，称为1:1型黏土矿物。高岭石几乎无晶格取代现象，阳离子交换容量小，水分不易进入晶层中间。高岭石特点：为非膨胀型黏土矿物，水化性能差，造浆性能不好。(钻井过程中，含高岭石的泥页岩地层易发生剥蚀掉块，需重视)晶格取代现象是指在晶体结构中某些原子或离子被其它化合价不同的原子或离子取代而晶体骨架保持不变的作用。2）蒙皂石蒙皂石的晶层单元是由两片硅氧四面体晶片夹一片铝氧八面体晶片组成。各晶层间以分子间力连接，连接力弱，水分子易进入晶层间引起晶格膨胀并造成晶格取代现象。

蒙皂石特点：膨胀型黏土矿物，其晶层的所有表面，包括内表面和外表面都可以进行水化及阳离子交换。3）伊利石伊利石也称水云母，是三层型黏土矿物，其晶体构造和蒙皂石类似，主要区别在于晶格取代作用多发生在四面体中，Al3+取代Si4+，产生的负电荷主要由K+来平衡。伊利石是最丰富的黏土矿物，存在于所有的沉积年代中。伊利石特点：不易水化膨胀，水化作用仅限于外表面。4）绿泥石绿泥石晶层是由如叶腊石似的三层晶片与一层水镁石晶片交替组成。绿泥石在古生代沉积物中含量丰富。5）海泡石族海泡石族矿物俗称抗盐黏土，属链状构造的含水铝镁硅酸盐，其中包括海泡石、凹凸棒石、坡缕缟石（又名山软木）。这类黏土矿物晶体构造常为纤维状，这种构造与所配制的悬浮体经搅拌后，其纤维相互交叉，形成“乱稻草堆”似的网架结构，这是保持悬浮体稳定的决定性因素。海泡石矿物含有较多的吸附水，具有好的热稳定性，适用于配制深井钻井液。它还具有良好的抗盐稳定性，用它配制的钻井液用于海洋钻井和钻高压盐水层或盐岩层具有很好的悬浮性能。（6）混合晶层黏土