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智者见智，仁者见仁 石工10-1MXJ
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油田化学
第一章：粘土矿物和粘土矿物化学基础
粘土定义:粘土主要是由粘土矿物组成，许多粘土中还含有非晶质胶体矿物。
粘土矿物的基本构造单元：
硅氧四面体：硅是一个4价原子，它可以与其他原子以共价键形式形成四个共价键。那么，对于硅原子来说，它同样可以与四个氧原子以共价键结合，形成硅原子在中心，4个氧原子以相等的距离相连的四面体结构，称为Si-O四面体。
硅氧四面体片：
铝氧八面体：Al3+是一个有空原子轨道的离子，可以做为络合物的中心离子与6个配位原子或配位体，例如Al3+与O2-和(OH)-形成络合物，属sp3d2杂化。其空间构型为正八面体。Al3+在中心，而O2-或(OH)-在八面体的顶点，称之为Al-O八面体。
铝氧八面体片：
晶层：由于单元晶格的大小相近似，四面体与八面体片很容易沿C轴迭合而成为一的结构层，此结构层称为单元结构层，简称晶层。
常见的粘土矿物
高岭石：阳离子交换容量小，氢键作用，水分子不易进入晶层之间，非膨胀型粘土矿物，水化性能差，造浆性能差。1:1（硅氧四面体片与铝氧八面体片之比）
蒙脱石：晶胞间以分子作用力相连，连接不紧密，水分子易进入晶层之间，易膨胀，水化分散性较好，易于水化造浆2:1

晶格取代：晶格中发生离子取代而结构不变称为晶格取代。
伊利石：K+作用，水分子不易进入晶层，不易膨胀，不易水化，2:1
海泡石:棒状，含有较多的吸附水，具有较高的热稳定性（加热到350℃晶体结构仍无变化），在淡水和饱和盐水中水化膨胀情况几乎完全一样（良好的抗盐性）。它是配置深井钻井液和盐水钻井液的好材料，也常用于制备保温材料。2:1
粘土矿物的性质：
A带电性，B吸附性，C膨胀性（水化），D凝聚性。（具体如下）
A:粘土带电
永久负电荷：由于粘土发生晶格取代产生的。Si4+被Al3+取代，Al3+被Fe2+、Mg2+不受PH的影响
可变负电荷：这种负电荷数量随介质的PH值变化而变化，OH-作用。
正电荷：PH<9，粘土矿物带正电荷，H+作用。
净电荷：粘土正电荷数与负电荷数的代数和就是粘土的净电荷数。
相：体系中物理性质化学性质完全相同的均匀部分。
B: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，称为吸附。
物理吸附：吸附剂与吸附质之间通过分子间引力而产生吸附。由氢键产生的吸附也属于物理吸附。分子间作用力又称范德华力。如：非离子表面活性剂在粘土表面的吸附。特点：不稳定，快。
化学吸附：吸附剂与吸附质之间通过化学键形成的吸附。作用：化学键。如：阳离子聚合物在粘土表面的吸附，阴离子聚合物在粘土边面正电荷的吸附。稳定，慢。
离子交换吸附：（粘土表面）吸附剂表面的离子可以和溶液中的同号离子发生交换作用，称离子交换吸附。离子价数越高，半径大，浓度高，吸附强。
C:膨胀性：指粘土矿物与水接触后体积增大的特性。
蒙脱石为膨胀型粘土矿物，高岭石、伊利石、绿泥石等为非膨胀型粘土矿物
D:凝聚性：一定条件下的粘土矿物颗粒在水中发生联结的性质。
粘土水化作用：又称粘土的水化膨胀作用，指粘土颗粒表面吸附水分子，在粘土表面形成水化膜，使粘土晶格层面间的距离增大，产生膨胀以致分散作用。它是影响水基钻井液性能和井壁稳定，油气层损害的主要因素。
粘土水化膨胀机理：
表面水化:
渗透水化:远程的粘土水相互作用，大约10oA,是粘土水化膨胀的第一阶段由于粘土层间阳离子浓度大于溶液阳离子浓度，水向粘土晶层间渗透所引起的，使层间距增大，这种电解质浓度差引起的水化称为渗透水化。
粘土表面电性及结构对水化影响（影响粘土水化因素）：
高岭石：高岭石晶层两面分别为氧及氢氧原子团，晶层间易形成氢键，使晶层间吸引力大，水分子和水化阳离子不易进入层间，因此高岭石水化弱
蒙脱石：晶层两面均为氧原子，不能形成氢键，分子间作用力小，水分子及水化阳离子容易进入层间，使晶层间距变大，水化作用好，易于造浆。
伊利石：1）K+镶嵌在两个对应的六角网格中（不同晶层），结构紧密，2）晶格取代位置在硅氧四面体内，产生的负电荷接近晶格表面，使K+产生较大的静电引力3）K+不宜参加阳离子交换，间接水化作用弱。伊利石水化作用因此很弱。
交换性阳离子：其离子价数和数量对粘土都有影响。粘土吸附的阳离子不同，水化膜厚度也不同。
粘土颗粒连接方式与絮凝，聚结的关系：
粘土颗粒联结方式有三种：边边，边面，面面联结
粘土颗粒边边，边面联结，颗粒聚集形成网状结构，引起粘度增加，称为絮凝作用；
粘土颗粒面面联结，形成较厚的板或束，从而减少了粘土颗粒的数量，使粘土水悬浮体的粘度降低，称之为聚结作用。

第二章表面活性剂
界面：相与相之间的接触面称为界面。
表面活性剂：少量存在就能使物质界面性质发生显著变化的