钻井液原理第二章粘土矿物.ppt

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1、粘土矿物粘土矿物和粘土胶体化学基础和粘土胶体化学基础钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章上一内容下一内容回主目录钻井液工艺原理电子教案第二章粘粘土土粘土粘土与钻与钻井的井的关系关系（1）粘土作为钻井液的重要组成成分，配浆原材料。（2）钻井过程中井眼的稳定性，泥页岩的主要组成部分，75%地层为泥页岩，90%的井壁不稳定发生在泥页岩。（3）油气层的保护，粘土矿物膨胀与钻井液配浆粘土堵塞。上一内容下一内容回主目录前言前言（2）粘土：疏松的尚未固结成岩的以粘土矿物为主的（50%）沉积物。（3）粘土岩（俗称：泥页岩）：粘土矿物经沉积、固结成岩作用后成为粘土岩。（1）粘土矿物：细分散

2、的（2um）含水的铝硅酸盐类矿物的总称，可进一步分为晶质（具有晶体结构的）和非晶质，自然界中所见到的粘土矿物绝大多数是晶质的。钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章第一节 粘土矿物的晶体构造上一内容下一内容回主目录一、粘土矿物的两种基本构造单元一、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。顶氧底氧硅氧面体晶片：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，其立体结构见右图。2、铝氧八

3、面体与铝氧八面体晶片、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(如右图所示)。钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章上一内容下一内容回主目录第一节 粘土矿物的晶体构造氧或羟基铝氧八面体晶片：多个铝氧八面体通过共用的OH连接而成的AL-O八面体网络3、晶片的结合、晶片的结合层面是O层面上是OHSi-O晶片Al-O晶片钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章上一内容下一内容回主目录第一节 粘土矿物的晶体构造晶层：四面体晶片与八面体晶片以适当的方式结合，构成晶层（1）1：1型晶层：由一个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面

4、体晶片构成。（2）2：1型晶层：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。氧原子氧原子Si-O晶片Al-O晶片Si-O晶片第一节 粘土矿物的晶体构造1 1、基本概念、基本概念钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章上一内容下一内容回主目录二、几种常见粘土矿物的晶体构造二、几种常见粘土矿物的晶体构造（1 1）晶格取代：）晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另外 阳离子所置换，而晶体结构不变，产生过 剩电荷的现象。Si-O四面体：Al3+取代Si4+Al-O八面体：Mg2+、Fe2+取代Al3+粘土带 负负电荷例例1 1：蒙脱石在不发生晶格取代时，其理想结构式为

5、：Al4Si8O2(OH)4.nH2O 蒙脱石的实际结构式为：(1/2Ca,Na)x(MgxAl4-x)(Si8O20)(OH)4.nH2O例例2 2：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 2）阳离子交换容量（阳离子交换容量（C.E.C)C.E.C)定义：分散介质PH=7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可用来表示粘土在水中带电性的多少，它与粘土的水化分散、吸附等性质密切相关。（3）造浆率：）造浆率：一吨干粘土所能配制粘度（表

6、观粘度）为15mPa.s钻井液的体积数，m3/T。造浆率粘土的水化分散能力2、几种常见粘土矿物的晶体构造、几种常见粘土矿物的晶体构造（1）高岭石高岭石晶体结构示意图高岭石特点高岭石特点Si-OAl-OOHOA、1：1型粘土矿物B、几乎不存在晶格取代，负电量少C、晶层间引力以氢键为主，引力强，晶层间距C=7.2问题：高岭石属非膨胀性粘土矿物，为什么？高岭石上下相临的层面，一面为OH面，另一面为O面，而O与OH很容易形成氢键，层间引力较强，晶层间连接紧密，水分子不易进入晶层。D D、C.E.CC.E.C低（低（3-15 mmol/100g)3-15 mmol/100g)在三种常见的粘土矿物中，高岭

7、石的.E.C最低。原因在于高岭石几乎不存在晶格取代，所以带负电荷很少，周围吸附的阳离子数目少，可发生交换的阳离子数目就更少了，所以C.E.C小。、造浆率低、造浆率低高岭石晶层间以氢键为主，引力较强，晶层间连接紧密，水分子不易进入晶层间，水化作用仅限于外表面，故水化分散能力差，造浆率低。蒙脱石蒙脱石Al-OSi-OSi-OSi-OSi-OAl-O蒙脱石晶体结构示意图蒙脱石晶体结构示意图蒙脱石蒙脱石特点特点A、2：1型粘土矿物型粘土矿物B、存在晶格取代，存在晶格取代，取代位置主要在AL-O八面体中，即AL3+被Mg2+、Fe2+和Zn2+等取代，产生的负电荷由等量的Na+或Ca2+来平衡。C、晶层

8、间引力以分子间力为主晶层间引力以分子间力为主，引力弱，晶层间距C=9.6-40，属膨胀型粘土矿物，为什么？蒙脱石上下相临的层面皆为O面，晶层间引力以分子间力为主，层间引力较弱，水分子易进入晶层。蒙脱石由于晶格取代产生较多的负电荷，在它周围必然会吸附等电量的阳离子，水化阳离子给粘土带来厚的水化膜，使蒙脱石膨胀。D、C.E.C大（大（70-130mmol/100g土土)、造浆率高、造浆率高 蒙脱石晶层间引力以分子间力为主，层间引力较弱，水分子易进入晶层，引起蒙脱石水化膨胀。蒙脱石负电荷多，吸附阳离子数量，水化阳离子给粘土带来厚的水化膜，使蒙脱石水化膨胀。因为蒙脱石具有很强的水化膨胀能力，造浆率高，

9、所以它是钻井泥浆的主要配浆材料。原因在于蒙脱石存在晶格取代，所以带负电荷较多，周围吸附的阳离子数目较多，可发生交换的阳离子数目多，所以C.E.C大。（3）伊利石）伊利石 伊利石晶体结构示意图伊利石晶体结构示意图伊利石伊利石特点特点Al-OSi-OSi-OK+A、2：1型粘土矿物型粘土矿物B、存在晶格取代，存在晶格取代，取代位置主要在Si-O四面体中，且取代数目比蒙脱石多，产生的负电荷由等量的K+来平衡。C、晶层间引力以静电力为主，晶层间引力以静电力为主，引力强，晶层间距C=10，属非膨胀型粘土矿物。为什么？由于伊利石取代位置主要在Si-O四面体中，产生的负电荷离晶层表面近，与吸附的K+产生很强

10、的静电力，层间引力较强，水分子不易进入晶层.K+的大小刚好嵌入相邻晶层间的氧原子网格形成的空穴中，周围有12个氧与它配伍，起到连接作用，水分子不易进入晶层；D、C.E.C大介于高岭石与蒙脱石之间（大介于高岭石与蒙脱石之间（20-40mmol/100g土土)蒙脱石由于晶格取代作用产生的负电荷由K+来平衡，由于蒙脱石取代位置主要在Si-O四面体中，产生的负电荷离晶层表面近，故与K+产生很强的静电力，K+不易交换下来。K+的大小刚好嵌入相邻晶层间的氧原子网格形成的空穴中，起到连接作用，周围有12个氧与它配伍，因此，K+连接通常非常牢固，不易交换下来。、造浆率低、造浆率低一般情况下，随着地层深度的增加

11、，伊利石含量增加蒙脱石含量减少，因此，下部地层缩径现象少，以剥落掉块、坍塌为主。海泡石族海泡石俗称抗盐土，属链状构造的含水铝镁硅酸盐矿物，主要包括：海泡石、凹凸棒石、坡缕缟石等。它的晶体构造多为纤维状，其特点是：硅氧四面体所组成的六角环都依上下相反方向对列，并且相互间被其它的八面体氧或氢氧群所连接，铝或镁位居八面体的中央，同时，构造中还保留了一系列的晶道，具有极大的内部表面，水分子可以进入内部孔道。实验证明，海泡石和凹凸棒石不仅抗盐性好，抗温性亦比膨润土好。目前钻井中使用的海水钻井液、盐水（饱和盐水）钻井液一般使用海泡石配浆，而抗高温钻井液则一般使用凹凸棒石作为配浆粘土，性能要比普通造浆土好得

12、多。钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章上一内容下一内容回主目录第二节第二节 粘土的性质粘土的性质一、带电性一、带电性前言前言定义：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）电荷产生原因电荷产生原因电荷来源1、永久电荷 晶格取代：粘土矿物晶体结构中一部分阳离子被另外一部分阳离子所取代（置换），但晶体结构不变的现象。由于晶格取代是低价阳离子取代了高价阳离子，产生了过剩的负电荷，因此，一般情况下粘土带负电。伊利石与蒙脱石相比虽晶层结构相同但由于晶格取代位置不同，因此层面电荷密度不同，水化难易程度不同。2、表面羟基与、表面羟

13、基与H+与与OH-的反应（的反应（可变电荷可变电荷）在酸性环境中：在酸性环境中：羟基与H+反应，粘土带正电性。Al-OH+H+Al+OH-在碱性或中性条件下：在碱性或中性条件下：羟基与OH-反应，粘土带负电性。Al-OH+OH-Al-O-+H2O3、吸附、吸附吸附负电性离子（OH-、SiO32-）：使粘土负电性增加吸附正电性离子（NW-1）：使粘土负电性减少分类粘土矿物带电量粘土带电量通常用C.E.C表示，C.E.C越大，说明粘土所带负电荷越多，三种常见粘土矿物的C.E.C大致如下。矿物名称C.E.C高岭石3-15蒙脱石70-130伊利石20-40思考题：为什么伊利石单位晶胞所带负电荷比蒙脱石

14、多，而C.E.C却比蒙脱石小？CEC：pH值等于7的水溶液中1千克粘土中可被交换出来的阳离子电荷总数。常见粘土矿物带电性区别矿物名称带电原因（主）电荷分布C.E.Cmmol/100g土高岭石解离边缘3-15蒙脱石晶格取代AL-O八面体70-130伊利石晶格取代SI-O四面体20-40影响因素：粘土类型；分散程度；CEC；pH值等第三节 粘土的水化膨胀作用一、一、定义定义水化：水化：粘土矿物表面容易吸附较多水分子的特性。膨胀：粘土吸水后体积增大的性质。膨胀：粘土吸水后体积增大的性质。膨胀性是衡量粘土亲水性的指标，亲水性越强，吸水量越大，水化膨胀越厉害。钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案

15、 第二章第二章上一内容下一内容回主目录二、二、粘土的水化膨胀性粘土的水化膨胀性二、水化膨胀机理二、水化膨胀机理各种粘土都会吸水膨胀，只是不同的粘土矿物水化膨胀的程度不同而已。粘土水化膨胀受三种力制约：表面水化力、渗透水化力和毛细管作用。(1)表面水化表面水化定义：由粘土晶体表面直接吸附水分子和通过所吸附的可交换性阳离子间接吸附水分子而导致的水化。表面水化机理直接水化：粘土表面上的H+和OH-通过氢键吸附水分子间接水化：通过所吸附的可交换性阳离子间接吸附水分子(2)渗透水化渗透水化定义：由于晶层间阳离子浓度大于溶液内部的阳离子浓度，因而发生水的浓差扩散，使水进入晶层.作用机理：浓差扩散二、二、粘

16、土的水化膨胀性粘土的水化膨胀性上一内容下一内容回主目录扩散双电层的形成：扩散双电层的形成：+滑动面吸附的可交换阳离子解离,形成扩散双电层,产生负电性,晶层间相互排斥,间距增大,表现出膨胀性水(3)粘土的膨胀粘土的膨胀膨胀后分散二、二、粘土的水化膨胀性粘土的水化膨胀性上一内容下一内容回主目录(4)评价方法：吸水量法和膨胀量法吸水量：总吸水量，单位重量土吸附水的总量（重量或质量）；比亲水量：单位表面积吸水量（相当于表面水化膜厚度）。泥页岩比亲水量界面物理化学含义示意图泥页岩比亲水量界面物理化学含义示意图二、二、粘土的水化膨胀性粘土的水化膨胀性上一内容下一内容回主目录膨胀量：单位重量粘土的膨胀体积（

17、体积不受限制），另外一种表示方法水化应力，即体积保持不变时，泥页岩水化所产生的应力效应。123传感器二、二、粘土的水化膨胀性粘土的水化膨胀性上一内容下一内容回主目录（5）粘土矿物水化膨胀的影响因素a.粘土的带电量，增加，膨胀性增大b.粘土矿物种类，蒙脱石伊利石高岭石c.粘土矿物补偿（可交换）阳离子种类有关，如钙土（Ca2+）晶层间距最大可达1.7nm，而钠土（Na+）晶层间距可达4nm。d.溶液中的离子浓度，离子浓度增加，严重压缩双电层结果：e.温度、湿度等条件有关二、二、粘土的水化膨胀性粘土的水化膨胀性上一内容下一内容回主目录第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子

18、教案 第二章第二章上一内容下一内容回主目录三、三、粘土的吸附性粘土的吸附性1、吸附：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）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2、吸附分类、吸附分类化学吸附：化学键力引起，具有选择性，吸附热较大，不易脱附。例：阴离子和非离子处理剂在粘土上的吸附例：阳离子处理剂在粘土上的吸附（1）离子交换吸附粘土矿物表面上离子（通常为补偿性阳离子）与溶液中同号离子间的交换作用。如自然界中的膨润土（即蒙脱土）绝大多数为钙蒙脱土，可转化为钠蒙脱土，Ca2+土+Na2CO

19、32Na+土+CaCO3（2）特点同号、等电量、可逆（3）影响因素a.离子价数离子价数越大越容易发生离子交换b.离子半径离子半径越大离子水化半径越小，离子的吸附性越强交换能力越大，通常离子的交换能力由弱到强的排列顺序为Li+Na+K+(NH4+)Mg2+Ca2+Ba2+Al3+Fe3+5um时，就没有布朗运动颗粒在液体介质中受到的净重力为：F1=（4/3）r3(-0)gc.介质粘度固体颗粒在液体介质中的下沉速度为：v=2r2(-0)g/9（2）聚结稳定性影响因素）聚结稳定性影响因素3、聚结稳定性影响因素、聚结稳定性影响因素（1）粒子间作用力）粒子间作用力引力：范德华引力斥力静电斥力（扩散双电层

20、）水化膜斥力（水分子在粒子周围定向排列）电解质浓度反离子价数反离子直径压缩扩散双电层负电性斥力压缩扩散双电层负电性斥力水化半径越容易靠近粒子压缩扩散双电层负电性斥力 （3）静电稳定理论：胶体质点之间存在着VanderWaals（范德华引力、范氏力）吸引作用，而质点在相互接近时，又因为双电层的重叠而产生静电排斥作用，胶体的稳定性就取决于质点之间吸引力与排斥力作用的相对大小。20世纪40年代，由前苏联科学家Derjaguin、Landau和荷兰科学家Verwey、Overbeek提出了关于各种形状质点之间的相互吸引能与双电层排斥能的计算方法，并据此对憎液胶体的稳定性进行了定量处理，此即为胶体稳定性

21、的DLVO理论。它是目前对胶体稳定性，以及电解质对胶体稳定性的影响解释它是目前对胶体稳定性，以及电解质对胶体稳定性的影响解释得比较完善的理论得比较完善的理论。如果胶体颗粒在布朗运动中相互碰撞时，吸力大于斥力，则胶粒聚结变大，失去聚结稳定性，从而失去体系稳定；反之，当斥力大于吸力时，粒子碰撞后马上分开，保持分散状态，体系保持其稳定性。（4）两个溶胶粒子间的吸力两个溶胶粒子间的吸力溶胶粒子间的吸力实际上是范德华力，指的是以下三种涉及偶极子的长程相互作用：两个永久偶极子之间的相互作用、永久偶极子与诱导偶极子间的相互作用以及诱导偶极子之间的色散相互作用。这三种相互作用全系负值，即相互吸引，其大小与分子

22、间距离的6次方成反比。但是溶胶粒子与单个分子不同，它是许多分子的聚集体，因此，溶胶粒子间的引力是胶体粒子中所有分子引力的总和。溶胶粒子的引力与距离的3次方成反比，属于“远程”范德华引力，它甚至在离开颗粒表面100nm或更远的距离上仍其作用。两个溶胶粒子间引力的数学表达式：对于同一物质，半径为a的两个球形溶胶粒子之间的引力位能（相互作用能）其中：A哈马克（Hamaker）常数，10-1910-20J；H两球之间的最短距离。对于两彼此平行板胶体粒子（如粘土胶体）之间的引力位能：其中：D两平行板间的距离。以上两式是指在真空中物质的两胶粒或分子在近距离时的相互作用，对于分散在介质中的胶粒，则应该用有效

23、Hamaker常数来代替。如胶体颗粒1浸没于介质2中，则由于所以 可以看出，A121总是正值，即一种颗粒分散在另外介质中，总是要相互吸引的，所以胶体是不稳定的。另外A121总小于A11，说明浸没在介质中的颗粒，相互吸引力是减弱的。（5）胶粒间的斥力胶粒间的斥力来源于两方面：一是静电斥力；一是溶剂化膜（水化膜）斥力。胶粒间的静电斥力是由扩散双电层引起的。布朗运动造成胶体粒子沿着滑动面错开，使胶粒带电，于是胶粒间产生静电斥力。胶粒间静电斥力的大小取决于电动电势的大小，两个胶粒之间的静电斥力与电动电位的平方成正比。电动电位的大小与扩散双电层中反粒子的多少、离子水化膜的厚薄密切相关。实验证明，在胶粒周

24、围，会形成一个溶剂化膜（水化膜）。对于水化膜来说，膜中的水分子是定向排列的。当胶体粒子相互接近时，水化膜被挤压变形，但引起定向排列的引力力图使水分子恢复原来的定向排列。因此水化膜表现为弹性，成为胶粒接近的机械阻力。另外水化膜中的水和体系中的自由水相比，有较高的粘度，从而增加了胶体粒子之间的机械阻力，这些阻力统称为水化膜斥力。总之，水化膜的厚度与双电层的厚度相当。当然，他还会受电解质浓度的影响，当电解质浓度增大时，扩散双电层厚度变小，水化膜的厚度也会随之变薄。两双电层交联区的电势分布（6）胶粒间吸引能与排斥能的总和溶胶粒子间的位能是吸引能与排斥能之和。即：V=VA+VR该图表示两个带有相同电荷的

25、胶粒相互趋近时，系统的总位能随距离的变化规律。横坐标表示两个粒子之间的距离，纵坐标表示斥力能（正值）与吸引能（负值），VR表示斥力能曲线，VA表示吸引能曲线，B表示总位能曲线。两个胶体粒子由远及近，由于斥力能的作用稍远，而引力能的作用范围较小，当离子氛尚未重叠时，粒子间的“远程”引力能在起作用，即吸引能占优势，曲线在横轴以下，总位能为负值，出现第二极小值，粒子之间开始絮凝；随着距离逐渐缩小，离子氛（扩散双电层）重叠，斥力能逐渐起作用，总位能逐渐上升为正值。当两个胶粒靠近到一定距离时，总位能达到最大，出现一个斥能峰（势垒）E0，只有粒子的动能超过这一点时才能聚沉，因此该斥能峰往往是溶胶稳定性的标

26、志。越过该点引力随着距离的减小而迅速增加，总位能迅速减小，出现第一极小值，粒子发生聚结。胶体粒子间的作用位能与其距离的关系 由上可以看出，絮凝和聚结是两个不同的概念。胶粒处于第二极小值时，表现为絮凝状态，絮凝时颗粒间的连接力较弱，可迅速散凝，是可逆的。胶粒处于第一极小值范围时，表现为聚结状态，它是不可逆的（分散）。（7）影响聚结稳定性的因素胶体粒子之间的引力能是永恒存在的，当胶体粒子处于稳定状态时，引力能被斥力能所抵消而已。一般说来，外界因素很难改变吸引力的大小，但要改变分散介质中的电解质浓度和价态势比较简单的，而这也是影响胶粒之间斥力能的主要因素。a.电解质浓度的影响电解质浓度对电动电位的影

27、响 在低、中等浓度电解质存在时，总位能存在一个最大值，随着电解质浓度的升高，斥能峰（势垒）逐渐降低，当电解质浓度非常高时，除胶体粒子非常靠近的距离处，其他任何距离上都是吸引能占优势，因此，胶体颗粒在这种情况下，会迅速聚结。而中等电解质浓度条件下，由于“远程”斥能的作用，聚结过程会大大延缓，低电解质浓度条件下，由于存在明显的“远程”斥力作用，居结果成往往会很慢。b.反粒子价数的影响 电解质对溶胶聚结稳定性的影响通常用聚沉值和聚沉率两个指标进行定量描述。聚沉值（临界聚沉浓度）：能够使溶胶发生聚沉的最低电解能够使溶胶发生聚沉的最低电解质浓度质浓度。由于各种电解质的正负离子不同、离子价数不同，所以各种

28、电解质的聚沉值不同。另外聚沉值还与溶胶的性质、含量、介质的性质以及温度、pH值等因素有关，因此它只是一个相对值。但是如果条件上述条件确定的话，电解质对某一溶胶的聚沉值就是一定的。因此，聚沉值可以这样描述，在指定条件下，能够使胶体发生明显聚沉现象的最低电解质浓度，单位：mmol/l。聚沉值越小，电解质的聚沉能力越强。聚沉率：聚沉值的倒数。聚沉滤越大，电解质的聚沉能力越强。舒采-哈迪（Schulze-Hardy）规则：分别研究了电解质对不同溶胶的聚沉值，结果表明，电解质中起聚沉作用的主要是与胶粒带相反电荷的反离子，反离子价数越高，聚沉值越小，聚沉率就越大。实验总结出的规律：M+：M2+：M3+=1

29、00：1.6：0.3=(1/1)6：(1/2)6：(1/3)6 括弧中的分母表示反离子的价数，即电解质的聚沉值与反离子价数的6次方成反比，这个规律称为舒采-哈迪（Schulze-Hardy）规则。c.反离子大小的影响反离子大小的影响同价离子的聚沉率相近，但仍存在一定差别，特别是一价离子的差别比较明显，按各离子聚沉能力进行排序，一价阳离子的排列顺序为：H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+一价阴离子的排列顺序为：F-IO3-H2PO4-BrO3-Cl-ClO3-Br-I-CNS-同价离子聚沉能力的次序称为感感胶胶离离子子序序，与水化离子半径从小到大的次序大致相同，主要原因可能是水化离子半径越小

30、，越容易靠近胶体离子。为什么没有高价离子的感胶离子序呢？这主要是因为，对对于于高高价价离离子子而而言言，离离子子价价数数是是影影响响电电解解质质聚聚沉沉能能力力的的主主要要因因素素，而离子的大小则相对不太明显。电解质聚沉值与离子价数的6次方成正比。d.同号离子的影响与胶粒所带电荷相同的离子称为同号离子，一般说来，它们对胶体具有一定的稳定作用，可以降低反离子的聚沉能力，但有机高聚物（聚电解质）除外，即使与胶粒带电相同，也能被胶粒所吸附。e.相互聚沉现象一般情况下，带相同电荷的两种溶胶混合后不会发生变化（当然也有例外），若将两种相反电荷的溶胶混合，则会发生聚沉现象，这种现象称为相互聚沉或互沉。聚沉

31、的程度与两胶体的比例有关，在等电点附近聚沉最完全；两胶体比例相差较大时，则沉淀不完全。一般解释是两种胶体上的电荷相互中和，但不够完整，因为除了电性中和以外，两种胶体上的稳定剂也可能相互作用形成沉淀，从而破坏了胶体的稳定性。稳定剂一种稳定正离子，一种稳定负离子，本身的性质是截然相反的，因此，稳定剂也可能相互作用形成沉淀。例如：工业上污水处理，经常就使用明矾（氢氧化铝的结晶体），由于水中悬浮物一般带负电，而明矾的水解产物Al(OH)3带正电，两种带电相反的胶体就会相互吸引而聚沉，从而达到净水的效果。5、高分子的稳定与絮凝作用高分子的稳定与絮凝作用（1）空间稳定作用DLVO理论属于静电稳定理论，它的

32、出发点之一是质点的双电层重叠，同性电荷之间发生排斥作用。这种作用在水分散体系中是比较适用的。但是，在非水介质中双电层的作用相当微弱（模糊）；或者是在水体系中，加入非离子表面活性剂或有机高分子，往往能使胶体体系的稳定性得以提高，其原因一般不是因为胶体粒子的电动电势提高了，而往往是电动电势（电势）常因为这些物质的加入而降低。所以事实表明，除了电的因素以外，还有其它的稳定机构（稳定机理）在起作用，即质点表面上的大分子吸附层阻止了质点间的聚结，我们称之为大分子的空间稳定作用（室内常称作护胶作用）。如在墨汁中加入树胶，防止炭粉的聚结；钻井液中加入高分子聚合物也是为了钻井液更加稳定。（2）高分子的絮凝作用

33、高分子聚合物具有空间稳定作用，我们知道了，但是他还有另外一方面作用，与稳定作用相反的一方面作用，絮凝作用。既然说它有两种作用，当胶体体系中加入的高分子数量小于起保护作用所必需的量时，不但对对溶胶没有保护作用，而且往往会造成溶胶对电解质的敏感性大大增加，聚沉值减小，称为高分子的敏化作用。而另外一些高分子能够直接引起溶胶聚沉，称为高分子的絮凝作用。（我们钻井液中用到的处理剂就有选择性絮凝剂和非选择性絮凝剂等）。早期使用的高分子絮凝剂多是高分子电解质，它们的作用被认为是简单的电性中和。如果高分子电解质的大离子与胶体所带电荷相反，则能发生互沉作用，至少也会由于电性中和促进其它电解质的聚沉作用。但电性中

34、和不是高分子絮凝作用的唯一原因。现在一般认为，在高分子浓度较稀时，吸附在质点表面的高分子长链可能同时吸附在另一质点的表面上，通过“搭桥”的方式将两个或更多的胶体粒子拉在一起，产生絮凝，称为搭桥机理。它的必要条件是质点上存在空白表面。当溶液中高分子浓度很大，质点表面已完全被吸附的高分子所覆盖，质点就不会再通过搭桥而絮凝，此时高分子起的作用也是保护作用。（3）高分子絮凝剂由絮凝剂的絮凝机理知道，通过搭桥，因此絮凝剂的分子要能够同时吸附在两个质点上，所以，作为絮凝剂的高分子多是均聚物。分子量：分子量大对搭桥有利，絮凝效率高；但搭桥过程中容易出现链段间的重叠，产生排斥作用。分子量过高时这种排斥作用可能

35、会削弱搭桥作用，絮凝效果变差。高分子电解质的带电状态：高分子电解质的离解度越大，分子就越扩展，越有利于搭桥；但若高分子电解质的带电符号与质点的相同，则高分子带电越多，越不利于它在质点上的吸附。因此，往往存在一个最佳的电离度，此时高分子电解质的絮凝效率最高。如钻井上常用的高分子絮凝剂聚丙烯酰胺，通常在水解度为30%左右时使用，效果最好。高分子的加入量对絮凝效果也有显著的影响，存在一最佳加入量，超过此值时絮凝效果反而下降；超出很多，反而起到一定的保护作用。实验证明，最佳加入量（产生最佳絮凝效果）大约相当于质点表面的一半为吸附高分子所覆盖。高分子絮凝剂与无机凝集剂相比，优点在于：a.效率高。用量一般仅为无机凝集剂的1/200到1/30；b.絮块大、沉降快。由于质点靠高分子拉在一起，所以絮块强度大，容易分离；c.在合适的条件下可以进行选择性絮凝。如在矿泥的回收中，钻井液的配浆粘土和钻屑之间进行选择絮凝，沉淀钻屑，保留配浆粘土。6、凝胶凝胶凝胶：胶体质点或高分子聚合物相互联结，搭起架子所形成的空间网状结构，在网状结构的孔隙中填满了液体（分散介质）。比如钻井液静止时就会出现凝胶状态，是指在外界条件（温度、外力、电解质、化学反应等）发生变化时，体系由溶液或溶胶转变为一种特殊的半固体状态。