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中国石油大学 华东 石油工程学院油田化学系 钻井液基础理论 第一章钻井液胶体化学基础 主要组成 粘土 水溶性处理剂 电解质等 水基钻井液胶体 粘土 水 处理剂 钻井液 粘土胶体化学 在一般胶体化学规律指导下 专门研究粘土胶体的生成 破坏和物理化学性质的科学 胶体 1 100nm 10 9m 之间的微粒分散在另外一种连续介质中所形成的分散体系 一 基本概念 1 吸附 物质在两相界面上自动浓集 界面浓度大于内部浓度 的现象 吸附质 被吸附的物质 钻井液处理剂 吸附剂 吸附吸附质的物质 粘土 1 吸附作用 二 胶体的基本性质 物理吸附 范德华引力引起 一般无选择性 吸附热较小 容易脱附 例 泥浆中阴离子和非离子处理剂在粘土上的吸附 2 分类 化学吸附 化学键力引起 具有选择性 吸附热较大 不易脱附 例 泥浆中阳离子处理剂在粘土上的吸附 1 吸附作用 二 胶体的基本性质 定义 指粘土矿物在与水接触时的带电符号和带电量 粘土带电性验证 电泳实验 粘土在水中移向正极 带负电荷 2 带电性 1809年 俄国物理学家 将两支玻璃管插在潮湿的粘土块中 加水至两管液面相平 各放一电极 接通电源 发现如下现象 正极粘土粒子不断富集 水变浑浊 且水面略下降 负极管内水慢慢上升结论 湿粘土 粘土粒子 电泳 带负电介质水 电渗 带正电 2 带电性 3 胶体颗粒扩散双电层 粘土表面吸附的带相反电荷的正离子 即反离子 与水接触时 在静电吸引和热运动两种效应的作用下 只有一部分紧密地排在固体表面附近 相距约一 二个离子厚度称为吸附层 另一部分离子按一定的浓度梯度扩散到溶液中 称为扩散层 双电层由吸附层和扩散层构成 固体和液体相对运动时 固体带动部分反离子一起滑动 滑动面上的电位即为 电位 电位是指由粘土颗粒所具有的负电荷与紧密层 吸附层 中的阳离子相抵消后的剩余电位 通常为负值 4 粘土 水胶体分散体系的稳定性 胶体是热力学不稳定体系 胶体的稳定性是相对的 暂时的 有条件的 不稳定是绝对的 钻井液作为一种复杂的胶体体系 其中加入的很多处理剂都是调节钻井液性能 维护其稳定性 胶体稳定性包括动力稳定性和聚结稳定性 动力稳定性 在重力作用下 分散相粒子是否容易下沉的性质 例如 在玻璃容器中注满钻井液 静止24h后 分别测定上部与下部钻井液的密度 其差值
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