岩土工程浆液基础知识PPT
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
粘土的化学分析表明，它们的化学成分主要 是二氧化硅（SiO2）、三氧化二铝（ Al2O3）和水（H2O），其次还有氧化铁 （Fe2O3）、氧化钠（Na2O）、氧化钾（ K2O）、氧化镁（MgO）和氧化钙（CaO） 等。
三、粘土矿物
1、高岭石粘土 它主要由高岭石矿物组成，其含量有时可达90%以上。其 次含有多水高岭石、伊利石等粘土矿及杂质，颜色多为白 色、浅灰色、浅黄色等。
等，是铝和镁的水硅酸盐，其晶体构造常为纤维 状、链状和棒状。
四、粘土矿物的基本结构特点
1、硅氧四面体（Si-O）四面体 每个四面体中都有一个硅（Si）原 子与四个氧（O）原子（或OH原子团 ）以相等的距离相连，硅在四面体的 中心，四个氧原子（或氢氧原子团） 分别在四面体的各顶点。
2、铝氧八面体（Al-O）八面体
5、伊利石的晶体结构
伊利石的晶体结构和蒙脱石相似，也是2:1型晶体构造， 也是由两层硅氧四面体晶片中间夹一层铝氧八面体晶片组 成。
因为晶层间拉得很紧，连结力很强， 水分子不容易进入其晶层之间，它 不易水化
膨胀。因此，伊利石的
造浆性能不好。
五、粘土遇水后的性质
粘土在水中极易分散成细小的颗粒，形成粘土-水的悬浮液 体，这时粘土颗粒就具有了表面带电性质、表面吸附性质 ，离子交换性质以及水化、分散性质等。
1、粘土的寻找 造浆用粘土主要是膨润土（包 括钠质、钙质）。我国目前发现 的膨润土矿床多属于中、酸性火 山凝灰岩蒙脱石风化而成，应尽 可能在火山凝灰岩广泛分布地区 寻找膨润土。我国在高阳、安丘 （山东），九台·(吉林)，黑山 （辽宁），余杭（浙江），信阳 （河南），三台（四川），夏子 街（新疆）等地有专门生产膨润 土粉的工厂。
七、粘土的造浆试验
造浆率——以每吨干粘土粉（含水量 不大于10％）能配制成表观粘度为 15mPa.s合格泥浆的立方米数。（ 单位m3/吨土）。
优质钠膨润土造浆率可达15m3 ／吨土以上；钙膨润土要差许多， 但用纯碱改性处理为钠土后，造浆 率仍可较高。
劣质土（高岭土）的造浆率非 常低，只有3方左右。
六个氧原子围绕一个铝原子组成八面体结构，即铝在中 间，铝上面的三个氧（或氢氧）组成了一个四面体结构， 铝的下面的三个氧（或氢氧）也组成了另一个四面体结构 。
3、高岭石的晶体结构
高岭石晶体由一个硅氧四面体晶片和一个铝氧八面体晶片 组成高岭石的片状结构，故称之为1:1晶体构造型粘土矿 物。 这种片状结构在垂直方向上一层层的重叠，而在水平方向 上晶层连续延伸。晶层间联结紧密，水分子不易进入其间 ，水化性能差，不易吸水膨胀，为非膨胀类型的粘土矿物 ，造浆性能不好。因此，它不是配制泥浆的好材料。
五、对泥浆（钻井液）的要求
由于地层岩性复杂，因此钻进中 要求泥浆（钻井液）必需具备以下性 能：
1、有良好的造壁性，便于防塌保护孔 壁
2、有良好的堵漏、压涌、隔水性能
3、能抑制水敏岩层的水化、分散作用
4、有抗盐、钙和粘土侵而不被污染的性 能
5、能抗高温和自身不变质的性能
6、在孔内可以携带岩屑和悬浮岩屑，在 地面能迅速沉淀岩屑
4、蒙脱石的晶体结构 蒙脱石的晶体构造是由两层硅氧四面体晶
片和夹在它们中间的一层铝氧八面体晶 片组成，所以称为2:1晶体构造型粘土矿 物。 由于晶层与晶层之间吸力小，联结力弱， 晶层之间距离较大，水分子容易进入两 个晶层之间发生膨胀，有较强的晶格取 代现象，使晶体带负电，且带电性强， 并能吸附较多的阳离子，有较强的离子 交换能力。因此，蒙脱石水化分散性能 好，造浆能力强，是配制泥浆的好材料 。
二、粘土的组成
粘土是岩石经过水、空气、阳光和冷 热变化的多种作用，经过若干年的 变迁而形成的。粘土的粒径大多数 在2微米以下。
粘土的矿物成分相当复杂，多数粘土 中常含有非晶质的胶体矿物，如蛋 白石、氢氧化铁、氢氧化铝等，有 些粘土中还有不定量的石英、长石 等非粘土矿物。
组成粘土的化学元素主要是铝（Al）、硅（ Si）、氧（O）、氢（H），另外还有少 量的镁（Mg）、铁（Fe）、钠（Na）、 钾（K）等。
钻探泥浆
第一部分 钻探泥浆基础
一、基本概念 二、泥浆的基本原料 三、泥浆的处理及其处理剂 四、泥浆基本性能及其测定 五、各种类型的泥浆 六、常用泥浆的配制 七、泥浆性能的调节 八、泥浆的侵污和处理 九、泥浆的净化与现场管理
第一节 基本概念 泥浆是指在钻进过程中，利用
某些流体介质冲洗钻孔底部（在地质 勘探中称为冲洗液、在石油钻井中称 为钻井液,在施工现场常称为泥浆）
2、膨润土粘土 它又叫微晶高岭石、蒙脱土、胶岭土、主要由微晶高岭 石组成。颜色多为粉红色、白色、淡黄色、浅灰色等。纯 微晶高岭土矿比较少见，但它造浆性能好。
3、伊利石粘土 主要有伊利石（伊利水云母），还有绿海石等
。含伊利石矿物为主的粘土岩。
4、海泡石粘土 海泡石族矿物包括海泡石、凹凸棒石、坡缕缟石
7、要有适当的润滑性，能起减阻和减震 作用
8、可保护矿心不被溶解和污染
第二节 泥浆的基本原料
一、基本概念 组成水基泥浆的基本物质除水之
外，就是粘土和各种处理剂了。粘 土对于泥浆性能的影响，是一个决 定性的因素。 泥浆的性质和性能主要取决于粘土微 粒的矿物类型及其在水中的性质、 分散粒度的大小和分布、粘土的总 含量和这些粘土微粒与处理剂的作 用等。
粘土的这些性质对于研究泥浆性能及 变化规律，对于研究井壁泥页岩问 题和油层中粘土的影响，粘土造浆 能力的大小等问题，都具有重要意 义。
粘土矿物的组成和结构不同，其遇水 后的性质也不同。
六、粘土的寻找与鉴定
粘土是配制泥浆的主要原料，其 质量好坏对造浆能力和泥浆性能影 响很大。过去，因使用泥浆规模较 小，且对泥浆质量要求不高，采用 就地取土、稍加化学处理（甚至不 处理），即用来钻进冲孔。 随着小口径金刚石钻进技术的推广和 钻探领域的扩大，已远不符合要求 。因此，寻找好的粘土并对其进行 比较、鉴定，选择已成为钻探的一 项重要的工作。
四、常用钻探泥浆的种类 1、气体——利用高压空气吹洗钻孔达到清除孔底岩粉
和冷却钻头的目的。 2、泡沫——由气体、液体、发泡剂等组成，它除了冲
洗钻孔外，因其相对密度低，还可起减少孔内钻井液漏失 的作用。
3、泥浆——利用水泵将液体送入 孔内，起到冲洗岩粉，冷却钻头 ，保护孔壁的作用。
常用的钻井液主要分为清水 、泥浆和加有各种化学剂的水溶 液等三大类，而煤田钻探工作中 常用的钻井液为泥浆。
2、粘土的鉴定
（1） 将粘土用水浸泡后，蒙脱石往往成为浑浊的悬浮体； 而高岭石往往分散为碎块，上部液体仍为清水。
（2） 好的粘土用水润湿，可搓成直径为0.5毫米粗细的长 条而不拆断。用手捻搓泥条，有滑腻的感觉而无砂粒酸钙。将 盐酸滴在土块上，若冒气泡则表 示粘土中含有碳酸钙（CaCO3）。
一、钻孔冲洗的作用与分类
为排除孔底的钻渣、降低或消除钻头热量，平 衡岩层压力而进行的钻孔冲洗工作称为钻孔冲 洗。 钻孔冲洗的方式：全孔正循环、孔底局部正循 环、孔底局部反循环、全孔反循环。
二、冲洗液（泥浆）的主要循环方式
1、全孔正循环
2、全孔反循环 3、孔底局部反循环
三、钻孔冲洗介质的功用
1、清洗孔底，携带和悬浮钻屑； 2、冷却钻头，润滑钻具和钻头； 3、保护孔壁，平衡地层压力； 4、作液、气动工具（冲击器、潜孔 锤、马达）的动力源； 5、输送岩心或岩样、输送孔底信息 。
三、粘土矿物
1、高岭石粘土 它主要由高岭石矿物组成，其含量有时可达90%以上。其 次含有多水高岭石、伊利石等粘土矿及杂质，颜色多为白 色、浅灰色、浅黄色等。
等，是铝和镁的水硅酸盐，其晶体构造常为纤维 状、链状和棒状。
四、粘土矿物的基本结构特点
1、硅氧四面体（Si-O）四面体 每个四面体中都有一个硅（Si）原 子与四个氧（O）原子（或OH原子团 ）以相等的距离相连，硅在四面体的 中心，四个氧原子（或氢氧原子团） 分别在四面体的各顶点。
2、铝氧八面体（Al-O）八面体
5、伊利石的晶体结构
伊利石的晶体结构和蒙脱石相似，也是2:1型晶体构造， 也是由两层硅氧四面体晶片中间夹一层铝氧八面体晶片组 成。
因为晶层间拉得很紧，连结力很强， 水分子不容易进入其晶层之间，它 不易水化
膨胀。因此，伊利石的
造浆性能不好。
五、粘土遇水后的性质
粘土在水中极易分散成细小的颗粒，形成粘土-水的悬浮液 体，这时粘土颗粒就具有了表面带电性质、表面吸附性质 ，离子交换性质以及水化、分散性质等。
1、粘土的寻找 造浆用粘土主要是膨润土（包 括钠质、钙质）。我国目前发现 的膨润土矿床多属于中、酸性火 山凝灰岩蒙脱石风化而成，应尽 可能在火山凝灰岩广泛分布地区 寻找膨润土。我国在高阳、安丘 （山东），九台·(吉林)，黑山 （辽宁），余杭（浙江），信阳 （河南），三台（四川），夏子 街（新疆）等地有专门生产膨润 土粉的工厂。
七、粘土的造浆试验
造浆率——以每吨干粘土粉（含水量 不大于10％）能配制成表观粘度为 15mPa.s合格泥浆的立方米数。（ 单位m3/吨土）。
优质钠膨润土造浆率可达15m3 ／吨土以上；钙膨润土要差许多， 但用纯碱改性处理为钠土后，造浆 率仍可较高。
劣质土（高岭土）的造浆率非 常低，只有3方左右。
六个氧原子围绕一个铝原子组成八面体结构，即铝在中 间，铝上面的三个氧（或氢氧）组成了一个四面体结构， 铝的下面的三个氧（或氢氧）也组成了另一个四面体结构 。
3、高岭石的晶体结构
高岭石晶体由一个硅氧四面体晶片和一个铝氧八面体晶片 组成高岭石的片状结构，故称之为1:1晶体构造型粘土矿 物。 这种片状结构在垂直方向上一层层的重叠，而在水平方向 上晶层连续延伸。晶层间联结紧密，水分子不易进入其间 ，水化性能差，不易吸水膨胀，为非膨胀类型的粘土矿物 ，造浆性能不好。因此，它不是配制泥浆的好材料。
五、对泥浆（钻井液）的要求
由于地层岩性复杂，因此钻进中 要求泥浆（钻井液）必需具备以下性 能：
1、有良好的造壁性，便于防塌保护孔 壁
2、有良好的堵漏、压涌、隔水性能
3、能抑制水敏岩层的水化、分散作用
4、有抗盐、钙和粘土侵而不被污染的性 能
5、能抗高温和自身不变质的性能
6、在孔内可以携带岩屑和悬浮岩屑，在 地面能迅速沉淀岩屑
4、蒙脱石的晶体结构 蒙脱石的晶体构造是由两层硅氧四面体晶
片和夹在它们中间的一层铝氧八面体晶 片组成，所以称为2:1晶体构造型粘土矿 物。 由于晶层与晶层之间吸力小，联结力弱， 晶层之间距离较大，水分子容易进入两 个晶层之间发生膨胀，有较强的晶格取 代现象，使晶体带负电，且带电性强， 并能吸附较多的阳离子，有较强的离子 交换能力。因此，蒙脱石水化分散性能 好，造浆能力强，是配制泥浆的好材料 。
二、粘土的组成
粘土是岩石经过水、空气、阳光和冷 热变化的多种作用，经过若干年的 变迁而形成的。粘土的粒径大多数 在2微米以下。
粘土的矿物成分相当复杂，多数粘土 中常含有非晶质的胶体矿物，如蛋 白石、氢氧化铁、氢氧化铝等，有 些粘土中还有不定量的石英、长石 等非粘土矿物。
组成粘土的化学元素主要是铝（Al）、硅（ Si）、氧（O）、氢（H），另外还有少 量的镁（Mg）、铁（Fe）、钠（Na）、 钾（K）等。
钻探泥浆
第一部分 钻探泥浆基础
一、基本概念 二、泥浆的基本原料 三、泥浆的处理及其处理剂 四、泥浆基本性能及其测定 五、各种类型的泥浆 六、常用泥浆的配制 七、泥浆性能的调节 八、泥浆的侵污和处理 九、泥浆的净化与现场管理
第一节 基本概念 泥浆是指在钻进过程中，利用
某些流体介质冲洗钻孔底部（在地质 勘探中称为冲洗液、在石油钻井中称 为钻井液,在施工现场常称为泥浆）
2、膨润土粘土 它又叫微晶高岭石、蒙脱土、胶岭土、主要由微晶高岭 石组成。颜色多为粉红色、白色、淡黄色、浅灰色等。纯 微晶高岭土矿比较少见，但它造浆性能好。
3、伊利石粘土 主要有伊利石（伊利水云母），还有绿海石等
。含伊利石矿物为主的粘土岩。
4、海泡石粘土 海泡石族矿物包括海泡石、凹凸棒石、坡缕缟石
7、要有适当的润滑性，能起减阻和减震 作用
8、可保护矿心不被溶解和污染
第二节 泥浆的基本原料
一、基本概念 组成水基泥浆的基本物质除水之
外，就是粘土和各种处理剂了。粘 土对于泥浆性能的影响，是一个决 定性的因素。 泥浆的性质和性能主要取决于粘土微 粒的矿物类型及其在水中的性质、 分散粒度的大小和分布、粘土的总 含量和这些粘土微粒与处理剂的作 用等。
粘土的这些性质对于研究泥浆性能及 变化规律，对于研究井壁泥页岩问 题和油层中粘土的影响，粘土造浆 能力的大小等问题，都具有重要意 义。
粘土矿物的组成和结构不同，其遇水 后的性质也不同。
六、粘土的寻找与鉴定
粘土是配制泥浆的主要原料，其 质量好坏对造浆能力和泥浆性能影 响很大。过去，因使用泥浆规模较 小，且对泥浆质量要求不高，采用 就地取土、稍加化学处理（甚至不 处理），即用来钻进冲孔。 随着小口径金刚石钻进技术的推广和 钻探领域的扩大，已远不符合要求 。因此，寻找好的粘土并对其进行 比较、鉴定，选择已成为钻探的一 项重要的工作。
四、常用钻探泥浆的种类 1、气体——利用高压空气吹洗钻孔达到清除孔底岩粉
和冷却钻头的目的。 2、泡沫——由气体、液体、发泡剂等组成，它除了冲
洗钻孔外，因其相对密度低，还可起减少孔内钻井液漏失 的作用。
3、泥浆——利用水泵将液体送入 孔内，起到冲洗岩粉，冷却钻头 ，保护孔壁的作用。
常用的钻井液主要分为清水 、泥浆和加有各种化学剂的水溶 液等三大类，而煤田钻探工作中 常用的钻井液为泥浆。
2、粘土的鉴定
（1） 将粘土用水浸泡后，蒙脱石往往成为浑浊的悬浮体； 而高岭石往往分散为碎块，上部液体仍为清水。
（2） 好的粘土用水润湿，可搓成直径为0.5毫米粗细的长 条而不拆断。用手捻搓泥条，有滑腻的感觉而无砂粒酸钙。将 盐酸滴在土块上，若冒气泡则表 示粘土中含有碳酸钙（CaCO3）。
一、钻孔冲洗的作用与分类
为排除孔底的钻渣、降低或消除钻头热量，平 衡岩层压力而进行的钻孔冲洗工作称为钻孔冲 洗。 钻孔冲洗的方式：全孔正循环、孔底局部正循 环、孔底局部反循环、全孔反循环。
二、冲洗液（泥浆）的主要循环方式
1、全孔正循环
2、全孔反循环 3、孔底局部反循环
三、钻孔冲洗介质的功用
1、清洗孔底，携带和悬浮钻屑； 2、冷却钻头，润滑钻具和钻头； 3、保护孔壁，平衡地层压力； 4、作液、气动工具（冲击器、潜孔 锤、马达）的动力源； 5、输送岩心或岩样、输送孔底信息 。