钻井液习题参考答案

一、概念

1.粘土晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另外阳离子所置换，而晶体结构保持不变的现象。

2.钻井液剪切稀释性：钻井液中塑性流体和假塑性流体的表观粘度随着剪切速率的增加而降低的特性称为剪切稀释性。

3.碱度：指溶液或悬浮液对酸的中和能力。API选用酚酞和甲基橙两种指示剂来评价钻井液及其滤液碱性的强弱。

4.聚结稳定性：分散相粒子是否容易自动聚结变大的性质。

5. 粘土水化作用：粘土矿物表面容易吸附较多水分子的特性。

6. 流变模式：钻井液流变性的核心问题是研究各种钻井液的剪切应力与剪切速率之间的关系。用数学关系式表示称为流变方程，又称为流变模式。

8.粘土阳离子交换容量：是指在分散介质pH=7时，粘土所能交换下来的阳离子总量，包括交换性盐基和交换性氢。阳离子交换容量以100克粘土所能交换下来的阳离子毫摩尔数来表示．符号为CEC。

9.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。

10.页岩抑制剂：凡是能有效地抑制页岩水化膨胀和分散，主要起稳定井壁作用的处理剂均可称做页岩抑制剂，又称防塌剂。

11．剪切稀释性：塑性流体和假塑性流体的表观粘度随着剪切速率的增加而降低的特性称为剪切稀释性。

12．动切力：塑性流体流变曲线中的直线段延长线与切应力轴的交点为动切力，又叫屈服值。

13．静切力：使流体开始流动的最低剪切应力称为静切力。

14．流变性：是指在外力作用下，物质发生流动和变形的特征；对于钻井液而言，其流动性是主要的方面。

15．滤失造壁性：在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的裂隙或孔隙中渗透，称为钻井液的滤失作用。在滤失过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井液中的固相颗粒便附着在井壁上形成泥饼(细小颗粒也可能渗入岩层至一定深度)，这便是钻井液的造壁性。

16．粘土高温分散作用：在高温作用下，钻井液中的粘土颗粒分散程度增加，颗粒浓度增加、比表面增大的现象。

17．钻井液高温增稠作用：高温分散作用使钻井液中粘土颗粒浓度增加，钻井液的粘度和切力也均比相同温度下理想悬浮体的对应值高的现象，称为高温增稠作用。

18．钻井液高温胶凝作用：高温分散引起的钻井液高温增稠与钻井液中粘土含量

密切相关。当粘土含量大到某一数值时，钻井液在高温下会丧失流动性形成凝胶，这种现象被称为高温胶凝作用。

二、简答题

1、粘土矿物有哪些基本构造单元？

答：①硅氧四面体与硅氧四面体晶片

②铝氧八面体与铝氧八面体晶片

③晶片的结合

2、粘土矿物的构造单元构成哪些粘土矿物的构造单元片？

答：①硅氧四面体晶片。

②铝氧二八面体晶片。

③镁氧三八面体晶片。

3、粘土矿物的构造单元片结合成哪些粘土矿物的基本结构层？

答：四面体晶片与八面体晶片以适当的方式结合，可以构成晶层。（1）1：1型晶层：由一个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面

体晶片构成。

（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。

4、粘土矿物中主要包含哪些矿物？

答：主要包括高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石、海泡石族、混合晶层粘土矿物。

5、什么是晶格取代？

答：在晶体结构中，某些原子被其它化学价不同的原子取代而晶体骨架保持不变的现象。

6、说明下列粘土矿物的基本结构层和晶格取代情况：

（1）高岭石；基本结构层是由一片硅氧片和一片铝氧片组成，为1：1型粘土矿物，几乎无晶格取代现象。

（2）蒙脱石；基本结构层由两片硅氧四面体晶片和夹在它们

中间的一片铝氧八面体晶片组成，为2：1型粘土矿物。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。

（3）伊利石；伊利石与蒙脱石同属2∶1型晶格。存在晶格取代，取代位置主要在Si-O四面体中，铝原子取代四面体的硅，且取代

数目比蒙脱石多，产生的负电荷由等量的K+来平衡。

（4）绿泥石：基本结构是由一层类似伊利石2:1层型的结构片与一层水镁石[Mg3(OH)6]晶片交替组成的。存在晶格取代，水镁石片是八面体片，片中有一些Mg2+被Al3+取代而带正电荷，这些电荷与三层型晶片中的负电荷平衡（硅氧四面

体中的部分硅被铝取代产生负电荷），因而整个网络的电荷很低。

7、为什么蒙脱石属膨胀型粘土矿物？

答◆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。

8、为什么高岭石、伊利石和绿泥石属非膨胀型粘土矿物？

答：(1)由于高岭石单元晶层，一面为OH层，另一面为O层，而OH键具有极强的极性，晶层与晶层容易形成氢键。因而，晶层之间连接紧密，故高岭石的分散度低且性能比较稳定，几乎无晶格取代现象，因此高岭石阳离子交换容量小，水分不易进入晶层中间，为非膨胀型粘土矿物；

（2）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，层间引力比氢键强，水分子不易进入晶层。另外，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，是不能交换的，故水分子不易进入晶层，为非膨胀型粘土矿物；

(3)绿泥石晶层间存在氢键，加上水镁石对晶层的静电引力，使绿泥石的晶层结合紧密，水不易进入其中。因此绿泥石也属于非膨胀型黏土矿物。

9、什么叫阳离子交换容量？阳离子交换容量与晶格取代数量由什么关系？

答：粘土的阳离子交换容量是指在分散介质的pH值为7的条件下，粘土所能交换下来的阳离子总量，包括交换性盐基和交换性氢。阳离子交换容量以100克粘土所能交换下来的阳离子毫摩尔数来表示．符号为CEC；晶格取代数量愈多的粘土矿物，其阳离子交换容量也愈大。

10、粘土矿物表面的带电性有哪些来源？

答：粘土晶体因为环境的不同或环境的变化，可能带有不同的电性，或者说带有不同的电荷，可分为永久负电荷、可变负电荷、正电荷三种，它们产生的原因如下：

（1）永久负电荷：主要由晶格取代作用造成。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。粘土的硅氧四面体中四价的硅被三价的铝取代，或者铝氧八面体中三价的铝被二价的镁、铁等取代，粘土就产生了过剩

的负电荷。这种负电荷的数员取决于晶格取代作用的多少，而不受pH值的影响。

A、蒙脱石的永久负电荷主要来源于铝氧八面体中的一部分铝离子被镁、铁等二价离子所取代、仅有少部分水久负电荷是由于硅氧四面体中的硅被铝取代所造成的，一般不超过15％。