[理学]油田化学第1章 粘土矿物
粘土矿物学-3(200706)
（2）变质成因的滑石岩 变质成因的滑石岩可分为两种类型，一种是镁质碳酸盐岩中 的滑石岩，另一种是滑石片岩。前者质纯，块状构造，工业价值 最大，后者含非滑石矿物较多，具片状构造，工业上利用往往需 要进行选矿。 1）.镁质碳酸盐岩中的滑石岩 主要产在太古代的菱镁矿、白云石大理岩中。如辽宁海城滑 石岩，它产于元古代辽河群的一套变质结晶片岩、片麻岩、白云 石大理岩和菱镁矿中。 滑石岩呈大小不等的扁豆体或透镜体，滑石岩体与围岩界线 不清，需根据化学分析圈定。岩体延长最大约500m，平均厚度 35m左右，最大延深约400m，岩体内常包裹着滑石化的菱镁矿 岩块及白云石大理岩的残留体。 岩石主要为块状及片状。块状滑石岩质量最佳，滑石含量可 达90％以上，其共生矿物为菱镁矿、白云石、偶尔有少量石英、 磷灰石、黄铁矿以及次生的蛇纹石、绿泥石等。
2）．区域变质的滑石岩
以四川滑石岩为例，区域地层为前震旦纪登相营下段，主要是一套硅质 条带白云岩、白云质灰岩、白云质大理岩等。地层呈S形弯曲，节理甚为发 育。滑石岩产于白云石大理岩中，呈脉状或透镜状。 滑石在岩石中的含量约为30-50％，其它共生矿物为白云石、方解石、石 英与透闪石。在地表，由于风化作用，滑石可以加富至50-70％。 滑石岩主要为片抉构造 成因，一般认为是富镁的碳酸盐在一定的温度压力条件下与Si02反应生 成的：
3.3 叶蜡石岩 叶蜡石也和滑石相似，很少有人想到它在沉积岩中也能形 成。1984年方邺森等人在江苏丹徒县发现并证实叶蜡石不仅可以 在沉积岩中形成，而且可以形成有重要工业价值的粘土矿产 （1）沉积成因的叶蜡石岩 据南京大学方邺森报导，江苏丹徒十里长山一带泥盆纪五通 组砂岩中，约有5—9层叶蜡石岩，厚薄不等，最厚可达4.75m， 最薄约0.7m.。 叶蜡石岩呈青、灰、白、黑等色，在风化带为具可塑性的粘 土，手感滑润，偏光显微镜下呈鳞片状集合体，干涉色可达二级。 叶蜡石在岩石中的含量可达60％左右，其它矿物为高岭石、石英 及白云母。
《粘土胶体化学》课件
硅氧四面体：由一个硅原子和4个氧原子组成，硅位于正四面体中心(见图1-1)。由多个硅氧四面体在a、b两方向上有序排列组成四面体片。四面体片有如下特点 共有三个层面：两层氧原子和一层硅原子，上下两层氧原子均形成六角环(空心)； 在a、b两方向上无限延续。
图1-1 硅氧四面体
第一章 粘土胶体化学基础 （4学时）
第一节 胶体的概念和特征
第二节 常见粘土矿物及性质
第一节 胶体的概念和特征
油田化学研究的体系和过程十分复杂，绝大多数体系属于或涉及胶体分散体系。如原油其实是油和水的乳状液，可归为胶体，而油藏则是巨大而复杂的高度分散体系。原油开发涉及的钻井液、完井液、调剖堵水液、酸化液、压裂液及提高采收率的驱替液等等油田化学的工作液无不与胶体体系有关。
第一章 粘土胶体化学基础
2）具有高度分散性
胶体体系中，分散相颗粒分散得很细，即分散相的分散（程）度很高。
3）具有聚结不稳定性
胶体都是高度分散的多相体系，具有非常大的总表面积，相应地具有很高的总表面自由能，是热力学不稳定体系，体系表面自由能有自发减小的倾向，胶体体系中分散得很细的分散相微粒就有自动聚结（自动降低分散度）以缩小总表面积的趋势，这就是胶体的聚结不稳定性。
第一章 粘土胶体化学基础
进入二十一世纪，时代在前进，科技在进步，胶体化学也得到较大的发展，现代胶体化学的分支领域或主要研究内容列于表1-3。
第一章 粘土胶体化学基础
表1-3 现ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ胶体科学的研究内容
颗粒相互作用力理论
单分散、单一形状颗粒的形成 纳米颗粒的有序排列
纳米材料
分散体系
气溶胶理论 成核理论，DLVO与 HVO稳定理论 高聚物溶液理论 胶束理论 光吸收与光散射理论 理论与现象流变学
第一章 油田化学——粘土矿物
☞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
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+<H+ c. 离子浓度 离子浓度越大交换能力越强
粘土矿物的性质
四、 粘土的凝聚性
（1）概念：粘土矿物（颗粒）在水分散体系状态下， 通过不同的联结方式产生絮凝或聚结（集）的现象。 粘土颗粒的联结：絮凝和聚结（集）
②作用机理：浓差扩散。
粘土矿物的性质
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） 2、分类 （1）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：阴离子和非离子处理剂在粘土上的吸附。 （2）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：阳离子处理剂在粘土上的吸附。
构的）和非晶质，自然界中所见到的粘土矿物绝大多
粘 土
数是晶质的。 （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、
《油田化学》(1)1-1、2PPT幻灯片
• 铝氧八面体晶片：由多个铝氧八面体有序紧密地结合 在一起，构成的立体片状结构。称为铝氧八面体晶片 （水铝片）。如图1-5所示。
Al
OH
图14 铝氧八面体
0.72nm
b
a 高岭石晶体构造示意图
c
O
Si
Al
OH
4Si
4Al
6O
4O2(OH)
6O
• 这种构造的单元晶层在水平方向上可以 延伸，在垂直方向上可以层层叠加形成 晶体。
• 高岭石晶体结构为六角形鳞片状结构。
• ② 高岭石晶体的主要性质
• 高岭石几乎无晶格取代现象，阳离子交 换量小，水分子不易进入晶层中间。
• 水泥浆化学是通过研究水泥浆的组成、 性质及其控制与调整，达到封隔漏失层、 复杂地层和保护油气层及套管的目的。
• 粘土是配制钻井液的重要原材料，粘土 矿物的结构和基本特性与钻井液的性能 及其控制与调整密切相关。
• 下面我们先了解粘土矿物的结构和基本 特性。
• 粘土的主要组成： • 粘土矿物——含水的铝硅酸盐； • 非粘土矿物——石英、长石等； • 非晶质的胶体矿物——蛋白石、氢氧化
• 为非膨胀类型矿物，水化性能差，造浆 性能不好。在钻井过程中，含高岭石的 泥页岩地层易发生剥蚀掉快。
二、蒙脱石
• ①晶层及晶体结构 • 晶层单元由两片硅氧四面体夹一片铝氧八面体
晶片组成。为2：1型粘土矿物。 • 如图1-7所示（见P-6） • 特点：① 蒙脱石晶层上下两面皆为氧原子，各
晶层之间以分子间力连接，结合力很弱，水分 子已进入晶层之间引起晶格膨胀； • ② 由于存在晶格取代作用而带较多的负电 荷，能吸附等电量的阳离子。水化的阳离子进 入晶层之间，会导致层间距增大。
油田化学驱提高采收率研究进展张冉莉
油田化学驱提高采收率研究进展张冉莉发布时间：2021-10-27T02:33:06.607Z 来源：《中国科技人才》2021年第20期作者：张冉莉[导读] 近年来，我国的油田开采企业面临较大的困难和挑战，一方面是面对国内外市场竞争力日益激烈的形势，另一方面油田老化给开采企业加大了开采难度。
华东油气分公司泰州采油厂江苏省泰州市 225300摘要：近年来，我国的油田开采企业面临较大的困难和挑战，一方面是面对国内外市场竞争力日益激烈的形势，另一方面油田老化给开采企业加大了开采难度。
在新形势下，石油企业必须坚持科技创新，驱动石油企业加快攻克技术难题。
本文重点围绕油田化学采油工艺技术进行探讨，希望能给同行业带来启发。
关键词：油田化学驱；提高采收率；研究进展引言石油是我国重要的能源和化工基础原料，在我国的经济发展中有着至关重要的地位。
而近代以来，我国的一些大型油田，如大庆油田、胜利油田、大港油田等都已进入开采末期，油田产量都有不同程度的衰减，且开采成本及难度越来越大。
1国内研究现状大庆油田是我国最大的油田，是化学驱特别是聚合物驱的典型代表。
大庆油田自1996年起开始工业规模应用聚合物驱技术来提高采收率。
此后，大庆油田聚合物驱采收率迅速提高，聚合物驱石油年产量已超过1000万t。
化学驱技术已成为大庆油田成功稳产的关键技术。
然而在国内因为经济的快速发展需要大量的能源来支撑，改变对进口石油能源的依赖是当务之急。
因此，提高油田产量是十分必要的。
我国大部分油田都是水驱开发，由于储层的非均质性和高粘度使得大庆油田水驱采收率相对较低，多数油田的含水均在80%以上。
近年来，碱性聚合物（AP）和表面活性剂-碱性聚合物（SAP）驱油技术得到了发展。
这些新化学品的试验已经成功进行，即在废弃的开发试验区中进行试验，取得了明显提高采收率和明显降低含水率的效果。
同时，开发了无前置液化学驱油技术，对粘土含量高的油藏进行化学注入管理。
化学驱油剂的开发和生产，使以较低的成本驱替油藏成为可能。
《油田化学》名词解释总结及详细答案(word版可编辑修改)
《油田化学》-名词解释总结及详细答案(word版可编辑修改)编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（《油田化学》-名词解释总结及详细答案(word版可编辑修改)）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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中国石油大学（北京)《油田化学》名词解释总结1。
相：体系中物理化学性质完全相同的均匀部分。
2。
界面：体系中相与相之间物理化学性质发生突变的交接面。
3.分散度：是某一相分散程度的量度，常用分散相颗粒（或液滴）的平均直径或长度的倒数来表示.4。
比表面：是物质分散程度的另一种量度，基数值等于全部分散相颗粒的总表面积与总质量或体积之比.S比=S/V，或S比=S/m（S代表总表面积，V代表总体积,m代表总质量)5。
表面张力：是引起液体表面收缩的单位长度上的收缩力,单位是牛顿/米，方向是平等于表面，垂直于液面的边缘。
6。
净吸力：液体表面分子受到液相分子的吸引力与气相分子吸引力之差，方向是指向液体内部。
7.接触角：是指通过气液固三相交点作液滴表面的切线与液固界面间的夹角θ。
8.沾湿：液体与固体接触时，将气-液界面与气固界面，转变为液-固界面的过程。
9.浸湿：指导固体浸入液体中，气-固界面转变为液—固界面的过程，而液体表面没有变化。
10.铺展：当液-固界面取代了气-固界面的同时，气-液界面也扩大了同样面积的过程。
11。
附加压力：由于表面张力的存在,而在弯曲液面上产生的附加的压力。
12.吸附作用：当气相或液相分子碰撞到固体表面上时，由于它们之间有相互作用力,使一些分子吸附在固体表面上，这种作用称为吸附作用。
油田化学复习题
油田化学复习题油田化学复习题第一章粘土矿物一粘土矿物基本构造1、粘土矿物有两种基本构造单元：硅氧四面体和铝氧八面体1：1层型基本结构层：1个硅氧四面体和1个铝氧八面体2：1层型基本结构层：2个硅氧四面体和1个铝氧八面体二粘土矿物粘土带负电晶格取代：硅氧四面体中的硅原子和铝氧八面体中的铝原子为其它原子所取代。
阳离子交换容量：分散介质PH＝7时，1kg粘土所能交换出的阳离子的毫摩尔数。
可交换阳离子：为了补偿电价而结合的阳离子是可以互相交换的。
1、高岭石1：1层型粘土矿物，属于非膨胀型粘土矿物，晶层间存在氢键和晶体表面只有很少的阳离子交换2、蒙脱石2：1层型粘土矿物，属于膨胀型粘土矿物，晶层间的作用力为分子间力，水易于进入其中，有大量的晶格取代，主要发生在铝氧八面体片中，重要的钻井液材料3、伊利石2：1层型粘土矿物，属于非膨胀型粘土矿物，晶格取代主要发生在晶层表面的硅氧四面体中，水不易进入其中三粘土矿物的性质（简答，填空）1、带电性，粘土光武表面在与水接触情况下的带电符号和带电量。
可交换阳离子的解离，表面羟基与氢离子和氢氧根离子的反应2、吸附性，物质在粘土矿物表面浓集的性质。
物理吸附，化学吸附3、膨胀性，粘土矿物与水接触后体积增大的性质。
4、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。
第二章钻井液化学第一节钻井液的功能与组成1、钻井液的功能（简答）冲洗井底，携带岩屑，平衡地层压力，冷却与润滑钻头，稳定井壁，悬浮岩屑和固体密度调整材料，获取地层信息，传递功率2、钻井液的组成分散介质：水或油。
分散相：若为悬浮体：粘土或固体密度调整材料。
若为乳状液：油或水。
若为泡沫：气体钻井液处理剂，是为调节钻井液性能而加入钻井液中的化学剂第二节钻井液的密度及其调整1、调整方法包括降低和提高钻井液密度可用加水、混油或充气的方法降低钻井液密度，可用机械或化学絮凝的方法清楚钻井液中的无用固体，降低钻井液密度，可用加入高密度材料（不溶性矿物或矿石，高密度的水溶性盐）的方法提高钻井液密度第三节钻井液的酸碱性及其控制1、碱度：用浓度为0.01mol/L的标准硫酸中和1mL样品至酸碱中和指示剂变色时所需的体积（单位：mL）2、控制酸碱度的方法加入pH控制剂控制。
第二章粘土矿物和粘土胶体化学基础
Li+<Na+<K+(NH4+)<Mg2+<Ca2+<Ba2+<Al3+<Fe3+<H+
c. 离子浓度 离子浓度越大交换能力越强
四、粘土的凝聚性
（1）概念：粘土矿物（颗粒）在水分散体系状态下，通 过不同的联结方式产生絮凝或聚结（集）的现象。
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。 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。
二、 粘土的水化膨胀性
(1)表面水化 ①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。 ②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
D、CEC 大介于高岭石与蒙脱石之间（200-400mmol/kg)
☞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。
2 粘土矿物带电量
CEC：pH值等于7的水溶液中1kg粘土中可被交换 出来的阳离子电荷总数。
《钻井液工艺学(修订版)》(鄢捷年)第二章粘土胶体化学基础
（1）K+离晶层表面近，相邻晶层与K+产生较强的静电引力，使 晶层间拉的较近；
（2）K+有特殊尺寸，刚好嵌入相邻晶层间硅氧四面体形成的空 穴中，增加了层间的结合力；
（3）K+被固定不参加交换，同时本身水化较弱。
伊利石对油层的潜在影响：
• 多是搭桥式，有很多的微细孔隙，产生强的吸水区，外 来液体侵入后易造成含水饱和度增加，使油的相对渗透率 下降；
✓ （3）晶片的结合－晶层 ✓ 1. 1：1型晶层
第二章 粘土胶体化学基础
• 2.1 储层中常见粘土矿物
2.1.2常见粘土矿物的结构 1.粘土矿物的两种基本构造单元
✓ （3）晶片的结合－晶层 ✓ 2. 2：1型晶层
第二章 粘土胶体化学基础
• 2.1 储层中常见粘土矿物
2.1.2常见粘土矿物的结构 2.高岭石的晶体构造：
2.1.2常见粘土矿物的结构 5.绿泥石对储层的影响
✓ 富含铁，具有酸敏性。 ✓ 酸化时被溶解，并释放铁离子。当酸耗尽时，会形成氢氧化
铁沉淀造成酸化失败。一般酸化后产量反而下降，在很大程 度上原因就在于此。
第二章 粘土胶体化学基础
• 2.2 粘土矿物的性质
2.2.1带电性 1.电泳现象
✓ 将均匀的粘土水溶液放进容器中，插入正负电极，通直流电。 ✓ 现象：粘土颗粒向正极方向移动，最后正极周围聚集了很多
第二章 粘土胶体化学基础
• 2.1 储层中常见粘土矿物
2.1.2常见粘土矿物的结构 1.粘土矿物的两种基本构造单元
✓ （1）硅氧四面体 ✓ 硅氧四面体片
硅氧四面体片
D=0.28nm
第二章 粘土胶体化学基础
• 2.1 储层中常见粘土矿物
2.1.2常见粘土矿物的结构 1.粘土矿物的两种基本构造单元
油田化学20101
பைடு நூலகம்1.密度
密度是指单位体积物质所具有的 质量，单位为g·cm-3。
2.粘度
粘度是指用于度量液体流动阻力 大小的一种性质。单位为mPa·s。
3.酸值
酸值是指1g原油被中和到pH值产生 突跃时所需氢氧化钾的质量（mg）。单 位为mg·g-1。
4.蜡含量
CH2
HC CH
HC CH C H
（环戊烷）
（苯）
非烃
O CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-C OH
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-S-CH2-CH2-CH2 -CH2 -CH3
H C CH3-CH2-CH2-CH2 C CH HC CH N
表征原油性质的参数
油田气组成
油田气由烃气（如甲烷、乙烷、 丙烷、丁烷等）、非烃气（如二氧化 碳、硫化氢、氮等）和水蒸气组成。
烃气含量，%
非烃气含量，%其余
井
成分
例 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CO2 H2S N2
%
1 92.57 1.16 0.55 0.37 0.02 0.04 4.38 0.91
2 97.55 0.90 0.22 0.07 0.13 0.10 0.52 0.51
6.研制油田化学剂的时间周期较长。
五、油田化学剂的分类
1.通用化学剂：聚合物类、表面活性剂、粘土稳 定剂、示踪剂等。
2.钻井用化学剂: （1）钻井液处理剂：在钻井液中常加入各种添加
剂以改善泥浆的性能。包括加重剂、降失水剂 、堵漏剂、增粘剂、稀释剂和稳定剂、解卡剂 、减阻剂、防腐剂、杀菌剂、pH调节剂、防地 层伤害化学剂及防垢剂。 （2）水泥外加剂：在固井作业中，为保证施工顺 利和固井质量，在水泥中所添加的化学剂。包 括促凝剂、缓凝剂、充填剂（减轻剂）、加重 剂、分散剂、降失水剂、堵漏剂及特殊外加剂。
石油地质学笔记
1. 石油的馏分：是利用组成石油的化合物具有不同沸点的特性，加热蒸馏，将石油切割成不同沸点范围（即馏程）的若干部分，每一部分就是一个馏分。
2.石油的组分分为油质、苯胶质、洒精苯胶质及沥青质四种。
3.石油的化合物组成在实验室中，用液相色谱可将石油划分不同化合物，包括饱和烃、芳烃、非烃及沥青质四种。
组分（溶剂分离）化合物（热色谱鉴定）馏分（热分离）油质饱和烃汽油苯胶质芳香烃煤油酒精苯胶质非烃柴油沥青沥青质重油沥青低硫石油：S<0.5%沉积有机质：分散有机质、富集有机质、油页岩。
分散有机质：干酪根、可抽提有机质（烃类、非烃类）富含有机质：沥青、石油、煤。
沥青：可溶于有机溶剂的烃类和非烃类的混合物。
分为油质、胶质及沥青质，是有机质向油气转化的中间产物。
干酪根：沉积岩中所有不溶解于非氧化性的酸、碱和非极性溶剂的分散有机质。
1.沉积岩石学中干酪根的分类分为两大类即：腐泥型、腐殖型。
腐泥型：来自海洋和湖泊环境水下缺氧条件下淤泥中的孢子及浮游类生物，主要生成石油、油页岩、藻煤和烛煤；腐殖型：系来自有氧条件下沼泽环境的陆生植物，主要形成天然气和腐殖煤，在一定条件下可以生成液态石油。
2.光学分类（煤岩学分类）（1）透射光下（孢粉学分类方法）：5种藻质、无定形、草质、木质、煤质（生烃潜力由好到坏）；（2）反射光下（煤岩学分类方法）：4种腐泥组、壳质组、镜质组、惰质组（生烃潜力由好到坏）。
3.化学分类由C、H、O元素含量组成不同，可分为三类：（1）Ⅰ型干酪根：即腐泥型，富氢贫氧，H/C高，一般为大于1.0，而O/C低，一般小于0.1，富含类脂结构化合物，生油潜力大；（2）Ⅱ型干酪根：混合型，介于Ⅰ、Ⅲ之间的过渡型，含类脂，也含芳香烃及杂原子官能团。
H/C 较高，O/C 较低，生油潜力中等；（3）Ⅲ型干酪根：即腐殖型。
富芳香烃。
H/C 低，通常小于 1.0，而O/C 高，生油潜力小，天然气的主要母质。
4. 利用岩石热解参数划分干酪根类型原理：用生油岩评价仪测定生油岩中的游离烃（S1）、热解烃（S2）、CO2（S3）、TOC（总有机碳）和最大热解峰温（T max），并建立一些参数划分有机质类型。
粘土矿物分析
粘土矿物分析作为岩石组分的粘土矿物其含量、种类及其分布、产状等对地层伤害有着非常密切的关系。
由于粘土矿物颗粒细小（<0.01mm），比表面极大，并具有特殊的结构组成，因此它们对外来作业流体如注入水、压裂液、酸化液、压井液等的侵入极为敏感。
当与外来流体接触时，粘土矿物往往会发生膨胀、微粒运移、生成某种沉淀等从而堵塞储层油气流动的孔隙通道，造成储层渗流能力的下降，损害油气层。
因此了解粘土矿物的性质对油田开发十分重要。
通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜技术可以确定岩石中粘土矿物的含量、分布及产状等。
选取了西泉5井的部分岩石样品进行了上述测定，测定结果见表1。
表1 西泉5井区三叠系储层粘土矿物含量统计表层位蒙皂石 S 韭菜园子组烧房沟组烧房沟组范围平均值范围平均值范围平均值 63～98 87.8 69～97 92.3 76～86 81.1 伊蒙混层 I/S 20～99 72.76 29～94 66.28 24～73 45.9 粘土矿物含量(%) 伊利石 I 2～16 6.24 1～10 3.99 2～22 8.88 高岭石 K 1～12 5.74 1～58 7.7 3～49 20.4 绿泥石 C 1～55 9.33 1～28 3.6 3～1810.3 绿蒙混层 C/S 33～53 44.2 29～98 29～99 17 106 29 样品数根据X衍射和扫描电镜分析，韭菜园子组砂层以蒙皂石（包括蒙脱石和皂石两个亚族）为主，63％～98％，平均87.8％；其次为伊/蒙混层（20％～99％，平均72.76％），绿泥石（1％～55％，平均9.33％），另有高岭石（1％～12％，平均5.74％）和伊利石（2％～16％，平均6.24％）（见表1）。
对韭菜园子组敏感性的简单分析：（供参考）韭菜园子组伊/蒙混层和绿/蒙混层含量较多，伊/蒙混层和绿/蒙混层是遇水易膨胀的矿物，易发生粘土膨胀和分散造成地层伤害。
韭菜园子组绿泥石含量相对较高（平均9.33％），绿泥石是酸敏性矿物，酸化时易造成氢氧化铁胶体沉淀（酸敏）。
第五节粘土岩(泥质岩)
当八面体层中心由三价的阳离子（Al3+、 Fe3+）充填时，则所有的八面体的中心，只有 三分之二被充填，必定有一个空位置，称二八 面体型结构（水铝矿层Al-OH）。
当八面体层中心由二价的阳离子占据时， 则所有的八面体的中心全部被充填，称三八面 体型结构（水镁石层Mg-OH）。
第五节 粘土岩（泥质岩）
Clayrocks（mudstones）
长江大学地球科学学院
School of Geoscience, Yangtze University
景德镇窑青花花 果纹黄彩瓷盘 （明弘治年间）
钧窑三足瓷洗 （北宋）
青花瓷餐具
新石器时代桶形彩绘 紫砂茶叶罐（清
陶罐（内蒙古出土）
乾隆年间）
（4）水云母族
长江大学地球科学学院
School of Geoscience, Yangtze University
z伊利石（水云母）
K1Al2[（Al，Si）Si3O10]（OH）2·nH2O z海绿石
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School of Geoscience, Yangtze University
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（二）粘土岩的构造（Structures of clayrocks）
宏宏观观构构造造 显显微微构构造造
层层理理（（水水平平层层理理、、块块状状层层理理等等）） 各各种种层层面面构构造造（（干干裂裂、、雨雨痕痕、、…………）） 水水底底滑滑动动构构造造 显显微微鳞鳞片片构构造造 显显微微毡毡状状构构造造 显显微微定定向向构构造造
第五节粘土岩(泥质岩)
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粘土岩的主要组分—粘土矿物大多数来自 母岩风化的产物，并以悬浮方式搬运至水盆 地，以机械沉积的方式而成。所以粘土岩应归 属陆源碎屑沉积岩。
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第五节 粘土岩（泥质岩）
Clayrocks（mudstones）
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景德镇窑青花花 果纹黄彩瓷盘 （明弘治年间）
自生高岭石充填孔隙
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当八面体层中心由三价的阳离子（Al3+、 Fe3+）充填时，则所有的八面体的中心，只有 三分之二被充填，必定有一个空位置，称二八 面体型结构（水铝矿层Al-OH）。
当八面体层中心由二价的阳离子占据时， 则所有的八面体的中心全部被充填，称三八面 体型结构（水镁石层Mg-OH）。
钧窑三足瓷洗 （北宋）
青花瓷餐具
新石器时代桶形彩绘 紫砂茶叶罐（清
陶罐（内蒙古出土）
乾隆年间）
一、基本概念
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1粘土矿物
（五）粘土的水化膨胀作用及分散 1、表面水化膨胀——晶格膨胀 是由于粘土颗粒吸附水份子，从而形成水化膜。粘土的 内外表面水化时，水在晶层间凝结，引起晶格膨胀。
2、渗透水化膨胀
由于晶层间的阳离子浓度大于液体内部，因而水发生 浓差扩散，进入层间，因此增加晶层间距，引起渗透膨胀。
渗透膨胀引起的体积增加比晶格膨胀大得多。
2、可变（负）电荷 粘土所带电荷的数量随介质的pH值改变而改变。
原因：
（1）铝氧八面体中＞Al-OH是两性的，在碱性介质中电出 H+，使粘土带负电荷； 在酸性介质中则电离出OH-，使粘土带正电荷。 一般情况下钻井液呈碱性，所以粘土带负电荷。 （2）粘土晶层在外力作用下发生断裂，则在断裂的边缘处 可能带负电，可能带正电荷。
边缘
AI-O八面体 SI-O四面体
（三）粘土-水界面的吸附作用——离子交换吸附
1、离子交换吸附：
就是一种离子被吸附的同时从吸附剂表面顶替出等电量 的带相同电荷的另一种离子的过程。 由于粘土颗粒带负电荷，它在溶液中能吸附阳离子，进 行阳离子交换吸附。离子交换吸附是经常发生的，例如:在泥 浆中2Na+ 与Ca2+ 的交换吸附，又如饱含盐水泥浆pH下降， Na+与H+的交换吸附。
•如果交换离子是Ca2+，则晶层间的静电吸引力大于晶层间 斥力，只能发生晶格膨胀，只能形成粗分散体系。
•如果是Na+则晶层间的静电吸引力小于晶层间斥力，形成水 化分散好的细分散体系。
蒙脱石水化膨胀过程
（六）粘土-水分散体系的稳定性
1、粘土颗粒表面的双电层结构 扩散双电层特点是粘土表面紧 密吸附着部分阳离子及其部分 水分子，构成了吸附溶剂化层。
它反映了粘土晶体的晶格取代度。
油气地球化学课件
二、油气地球化学的发展史
• 在相当长的一段时间内，油气地球化学仍会为石油形成与分 布的研究作出应有的贡献。
• 对新区勘探和老区深化研究； • 对低成熟油、煤成油以及碳酸盐成烃机制的深入认识； • 运用生物标志物，尤其是非烃化合物来研究油气运移； • 油藏地球化学着重研究孔隙形成无机-有机反映并预测出孔隙
三、有机质的研究方法
• 2.分离和纯化 • 根据研究的目的进一步进行组分的分离和纯化。 • 主要采用方法有柱色层、薄层色谱、络合物加成等。 • 3.干酪根的分离 • 抽提后的岩样中还含有大量不溶于有机溶剂的干酪根。分离
的方法有物理的和化学的， • 物理方法不会影响干酪根的成分，但不能完全除去全部矿物，
• 油气地球化学是应用化学原理研究地质体中生成油气的有机 质、石油和天然气及其次生产物的组成、结构、性质及分布， 讨论石油和天然气形成、运移、聚集和次生变化的有机地球 化学原理及其在勘探中应用的科学。
• 它是由地质学（特别是沉积学和石油地质学）、有机化学和 生物学互相渗透而迅速发展起来的一门新兴边缘学科。
Hale Waihona Puke • 四、干酪根主要研究方法课程内容
• 第四章 油气成因 • 一、石油和天然气的组成 • 二、石油成因 • 第五章 生油岩评价 • 一、泥岩生油岩评价 • 二、碳酸盐岩生油岩评价 • 第六章 原油对比 • 一、有机地球化学对比指标 • 二、有机地球化学指标的综合应用
第一章 诸论
• 一、油气地球化学研究对象和意义
• 1978年Tissot和Welte出版了《石油形成与分布》， 重点论述了有机质转化为干酪根，然后又转化为油 气及油气藏的形成机理。这是油气地球化学发展的 里程碑。
• 60年代后期以来，在世界各地相继发现了一些与中、 新生代煤系地层有关的重要油气田。
石油地质学考研资料(必背)
一、名词解释绪论1石油地质学是矿床学的一个分支，是在石油和天然气勘探及开采的大量实践中总结出来的一门新兴学科，它是石油及天然气地质勘探领域的重要理论基础课。
第一章石油、天然气、油田水的成分和性质1石油沥青类天然气、石油及其固态衍生物，统称为石油沥青类。
它们同煤类、油页岩、一部分硫，都是自然界常见的可燃矿产。
2可燃有机矿产或可燃有机岩天然气、石油及其固态衍生物，统称为石油沥青类。
它们同煤类、油页岩、一部分硫，都是自然界常见的可燃矿产。
因为这些矿产多由古代的动物、植物遗体演变而来，属有机成因，又具有燃烧能力，所以常被人们总称为可燃有机矿产或可燃有机岩。
3石油（又称原油）一种存在于地下岩石孔隙介质中的由各种碳氢化合物与杂质组成的，呈液态和稠态的油脂状天然可燃有机矿产。
4 气藏气系指基本上不与石油伴生，单独聚集成纯气藏的天然气。
5 气顶气系指与石油共存于油气藏中呈游离气顶状态的天然气。
6凝析气当地下温度、压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发而形成的气体，称为凝析气。
一旦采出后，由于地表压力、温度降低而逆凝结为轻质油，即凝析油。
7固态气体水合物在洋底特定压力和温度条件下，甲烷气体分子天然地被封闭在水分子的扩大晶格中，形成固态气体水合物，或冰冻甲烷或水化甲烷。
8油田水所谓油田水，从广义上理解，是指油田区域(含油构造)内的地下水，包括油层水和非油层水。
狭义的油田水是指油田范围内直接与油层连通的地下水，即油层水。
9底水是指含油(气)外边界范围以内直接与油(气)相接触，并从底下托着油气的油层水。
10边水是指含油(气)外边界以外的油层水，实际上是底水的外延。
11重质油是指用常规原油开采技术难于开采的具有较大的粘度和密度的原油。
与常规油相比，包含了数量较多的高分子烃和杂原子化合物，在物理性质上，具有密度大、粘度大、含胶量高、含蜡量低、凝固点低的特点。
第二章油气显示1油气显示石油、天然气以及石油衍生物在地表的天然露头。
液态原油由地下渗出到地面叫油苗。
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水镁石片
Si-O Al-O Si-O
第三节 粘土矿物的性质 一、粘土的带电性
☞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）
☞粘土带电性来源
可交换阳离子的解离 表面羟基与H+与OH-的反应 吸附
(1)端端联结 (2)端面联结 (3)面面联结
（3） 形成空间网架结构、体系粘度增加 粘土的分散度下降，体系粘度下降
(1) 表面水化
①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。 ②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
①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。 ②作用机理：浓差扩散
D、C.E.C 大（700-1300 mmol/kg土)
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。
Ｅ、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，吸附阳离子数量多，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，所以 它是钻井泥浆的主要配浆材料。
高岭石晶体为的六边形的书页状
蒙脱石，常呈微细褶皱状晶体
萨零组岩心切片电子扫描照片
萨零组岩心切片电子扫描照片
萨零组岩心切片电子扫描照片
一般情况下，随着地层深度的增加，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。
子不易进入晶层。
D、C.E.C低（30-150 mmol/kg)
在三种常见的粘土矿物中，高岭石的Ｃ.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。 Ｅ、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。
三 、伊利石
1 伊利石晶体结构示意图
2 伊利石特点
A、2：1型粘土矿物
B、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。
Si-O
Al-O
Si-O
K+
C、晶层间引力以静电力为主，引力强，晶 层间距C=10Å ，属非膨胀型粘土矿物。
☞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+产生很强的 静电力，层间引力较强，水分子不易进入晶层.
二、 蒙脱石
1 蒙脱石晶体结构示意图
Si-O Al-O Si-O Si-O Al-O Si-O
常见的粘土矿物-蒙脱石
2 蒙脱石特点
A、2：1型粘土矿物 B、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。
粘土矿物晶体表面上的羟基 粘土矿物边缘断键处产生的羟基
在酸性环境中：羟基与H+反应，粘土带正电性。
﹥Al-OH + H+
﹥Al-OH2+
在碱性或中性条件下：羟基与OH-反应，粘土带负电性。
﹥Al-OH + OH3、吸附
﹥Al-O- + H2O
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
铝氧八面体：六个顶点为氧或 羟基，铝、铁或镁原子居于八面 体中央。 铝氧八面体晶片：多个铝氧八 面体通过共用的O或OH连接而 成的Al-O八面体网络
二、基本结构层
晶层：四面体晶片与八面体晶片按不同比例结合而成 1. 1：1型晶层：由一个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体
晶片构成。
层面是OH
层面是O
Al-O晶片 Si-O晶片
粘土带负电荷
3 阳离子交换容量（C.E.C)
定义：分散介质pH=7时，1kg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）,mmol/kg。
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。
4 造浆率 一吨干粘土所能配制粘度（表观粘度）为
15mPa·s钻井液的体积数，m3/T。
造浆率
粘土的水化分散能力
5 高岭石特点
A、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=7.2Å
问题：高岭石属非膨胀性粘土矿物？
高岭石上下相临的层面，一面为OH面，
Si-O
另一面为O面，而O与OH很容易形成氢键， O
Al-O
层间引力较强，晶层间连接紧密，水分 OH
C、晶层间引力以分子间力为主，引力弱，晶层间距C=9.6Å 40Å ，属膨胀型粘土矿物。
◆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。
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。
硅氧四面体晶片：指硅氧四面体网 络。硅氧四面体晶片由多个硅氧四面 体通过共用底氧原子连接而成。
• 硅氧四面体片的六方网格结构 • 内切圆直径0.288nm,硅氧四面体片的厚度0.5nm
2、铝氧八面体与铝氧八面体晶片
(3) 毛细管作用 (凝结作用）
蒙脱石水化膨胀过程
四、凝结性
1 定义：在一定条件下，粘土矿物颗粒在水中 发生联结的性质。
2 粘土颗粒间作用力 斥力：静电斥力（扩散双电层）
水化膜斥力（水分子在粒子周围定向排列）
引力：范德华引力
端端联结(E-E)
3 粘土的联结方式
端面联结(E-F)
面面联结(F-F)
☞ 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。 Ｅ、造浆率低
四、绿泥石
1 绿泥石晶体结构示意图
水镁石片
2 绿泥石特点
A、2：1型粘土矿物
B、层间域为水镁石片，片中的镁被铝 取代，使它带正电，可代替可交换阳离 子补偿2：1层型结构中由于铝取代硅产 生的不平衡电价。
二 、 吸附性
定义：物质在粘土矿物表面富集的性质。 粘土矿物 --吸附剂 富集在粘土矿物表面的物质 --吸附质
物理吸附
分子间力、氢键
化学吸附
化学键
三、粘土的膨胀性
1 定义：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，水化膨胀倍数大。
2 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。粘土水化膨胀过程为表面水化和渗透水化。
第二节 粘土矿物
一、高岭石
1 高岭石晶体结构示意图
• 常见的粘土矿物-高岭石 • （最早发现于中国景德镇高岭村而得名）
• 2 晶格取代
硅氧四面体中的Si和铝氧八面体中的Al为 其他原子（通常是低一价的金属原子）取代 而晶体骨架保持不变。
Si-O四面体：Al取代Si Al-O八面体：Mg、Fe取代Al
1 可交换阳离子的解离
粘土在自然界形成时发生晶格取代作用产生负 电荷，为了达到电平衡必然从周围环境吸附等量 的可交换阳离子。
粘土表面负电荷的静电作用 （使其靠近粘土表面）
热运动（使其从粘土矿物表面解离下来）
可交换阳离子以扩散的方式排列在粘土矿物 的表面，形成扩散双电层，使粘土带负电。
扩散双电层模型
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 个离子厚度称为紧密层；
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。
双电层由紧密层和扩散层构 成。移动的动切面为AB面。
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。
第一节 粘土基本结构
基本构造单元
基本构造单元片 基
本结构层 各种粘土矿物
基本构造单元 硅氧四面体和铝氧八面体
Si/O Al/O 基本构造单元片 硅氧四面体片和铝氧八面体片
基本结构层 (单位晶层) 各种粘土矿物
1:1型 2:1型
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：有一个硅原子与四
第一篇 钻井化学
钻
粘土矿物
井 化
钻井液化学
学
水泥浆化学
第一章 粘土矿物
粘土与钻井工程的关系
(1)粘土为钻井液的重要组成成分之一 (2)钻井过程中井眼稳定性与地层粘土含量和类型密切相关 （3)油气层粘土含量和类型与钻井过程中油气层损害密切相关
粘土与采油工程的关系
注水和各种增产措施时，粘土矿物是油层伤害的主要因素。 渗透率损失，产量下降。
高岭石的晶体结构
2. 2：1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