粘土膠體化學(xué)基礎(chǔ)-粘土礦物的晶體構(gòu)造

項目一：粘土膠體化學(xué)基礎(chǔ)課程名稱：泥漿材料檢測與應(yīng)用任務(wù)一：粘土礦物的晶體構(gòu)造粘土的分類和化學(xué)組成粘土礦物的晶體構(gòu)造01知識點02知識點01項目一：粘土膠體化學(xué)基礎(chǔ)任務(wù)粘土礦物的晶體構(gòu)造知識點1粘土的分類和化學(xué)組成知識點1：粘土的分類和化學(xué)組成01020304粘土礦物的晶體構(gòu)造項目一：粘土膠體化學(xué)基礎(chǔ)任務(wù)一粘土礦物的晶體構(gòu)造

在配制鉆井液過程中，原材料的用量比較大，其選擇不當會對鉆井液性能造成很不好的影響，同時也會造成不必要的浪費。鉆井液原材料是指組成鉆井液的基本組分，如黏土、水、油、加重材料等。一、黏土黏土主要是由黏土礦物（含水的鋁硅酸鹽）組成的。黏土中某些含有不定量的非黏土礦物，許多還含有非晶質(zhì)的膠體礦物。多數(shù)黏土顆粒的粒徑小于2μｍ，在水中有分散性、帶電性、離子交換性、水化性。（影響鉆井液的配制、性能及其維護、調(diào)整）1、黏土礦物的分類（按單元晶結(jié)構(gòu)特征分）

單元晶層構(gòu)造特征黏土礦物族黏土礦物1:1高嶺石族高嶺石、地開石、珍珠陶土等埃洛石等埃洛族2:1蒙皂石族蒙皂石、拜來石、囊脫石、皂石、蛭石等伊利石、海綠石等水云母族2:2綠泥石族各種綠泥石等層鏈狀結(jié)構(gòu)海泡石族海泡石、凹凸棒石、坡縷縞石等2、黏土礦物的化學(xué)組成黏土礦物名稱化學(xué)組成SiO2:Al2O3高嶺石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不同類型黏土礦物化學(xué)成分不同。01項目一：鉆井液概述任務(wù)鉆井液循環(huán)和功用知識點2粘土礦物的晶體構(gòu)造3、黏土礦物的基本構(gòu)造單元組成各種黏土礦物的基本構(gòu)造單元是硅氧四面體和鋁氧八面體。1）硅氧四面體與硅氧四面體晶片大多數(shù)黏土礦物中，硅氧四面體的排列為六角形的硅氧四面體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。硅氧四面體網(wǎng)格的重復(fù)聯(lián)結(jié)形成硅氧四面體晶片，是由三個原子層構(gòu)成的立體片狀結(jié)構(gòu)。(a)單個硅氧四面體；（b）硅氧四面體晶片（俯視圖）；（c）硅氧四面體晶片（立體圖）2）鋁氧八面體與鋁氧八面體晶片3）晶片的結(jié)合硅氧四面體片與鋁氧八面體片通過共用的氧原子，以共價鍵連接在一起構(gòu)成單元晶層，單元晶層面—面堆疊形成晶體。4、幾種常見黏土礦物1）高嶺石高嶺石的單元晶層構(gòu)造是由一片硅氧四面體晶片和一片鋁氧八面體晶片組成的，稱為1:1型黏土礦物。高嶺石幾乎無晶格取代現(xiàn)象，陽離子交換容量小，水分不易進入晶層中間。高嶺石特點：為非膨脹型黏土礦物，水化性能差，造漿性能不好。(鉆井過程中，含高嶺石的泥頁巖地層易發(fā)生剝蝕掉塊，需重視)晶格取代現(xiàn)象是指在晶體結(jié)構(gòu)中某些原子或離子被其它化合價不同的原子或離子取代而晶體骨架保持不變的作用。2）蒙皂石蒙皂石的晶層單元是由兩片硅氧四面體晶片夾一片鋁氧八面體晶片組成。各晶層間以分子間力連接，連接力弱，水分子易進入晶層間引起晶格膨脹并造成晶格取代現(xiàn)象。

蒙皂石特點：膨脹型黏土礦物，其晶層的所有表面，包括內(nèi)表面和外表面都可以進行水化及陽離子交換。3）伊利石伊利石也稱水云母，是三層型黏土礦物，其晶體構(gòu)造和蒙皂石類似，主要區(qū)別在于晶格取代作用多發(fā)生在四面體中，Al3+取代Si4+，產(chǎn)生的負電荷主要由K+來平衡。伊利石是最豐富的黏土礦物，存在于所有的沉積年代中。伊利石特點：不易水化膨脹，水化作用僅限于外表面。4）綠泥石綠泥石晶層是由如葉臘石似的三層晶片與一層水鎂石晶片交替組成。綠泥石在古生代沉積物中含量豐富。5）海泡石族海泡石族礦物俗稱抗鹽黏土，屬鏈狀構(gòu)造的含水鋁鎂硅酸鹽，其中包括海泡石、凹凸棒石、坡縷縞石（又名山軟木）。這類黏土礦物晶體構(gòu)造常為纖維狀，這種構(gòu)造與所配制的懸浮體經(jīng)攪拌后，其纖維相互交叉，形成“亂稻草堆”似的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這是保持懸浮體穩(wěn)定的決定性因素。海泡石礦物含有較多的吸附水，具有好的熱穩(wěn)定性，適用于配制深井鉆井液。它還具有良好的抗鹽穩(wěn)定性，用它配制的鉆井液用于海洋鉆井和鉆高壓鹽水層或鹽巖層具有很好的懸浮性能。（6）混合晶層黏土