Основы химии глин и глинопорошков

1.

Основы химии глин и глинопорошков
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5
доц., канд. хим. наук
Минаев Константин Мадестович
10 апреля
2017

2. Глинистые твердые частицы

Обеспечивают вязкость и регулируют
фильтрацию
Термоустойчивы
Пластовые глины являются загрязителями
При наличии избытка глинистой твердой
фазы возрастает необходимость и
стоимость химической обработки
Требуется разбавление раствора
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
2

3. Классификация глин

Физические свойства
Размер частиц
Тип породы / Минералогия
– Кристаллическая структура
– Химический состав
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
3

4. Классификация глин

Классификация глин по кристалической
структуре
Слоистые силикаты
Смектит
Иллит
Хлорит
Каолинит
Игольчатые
Аттапульгит
Сепиолит
Вайомингский бентонит (монтмориллонит)
и буренная порода
Выбуренная порода
(до 1998 г относился к гидрослюдам)
Выбуренная порода
Выбуренная порода
Солестойкие растворы
Солестойкие и термостойкие растворы
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
4

5. Слоистые силикатные глины

Глины:
– Двухслойные
• Слой кремнезема
• Слой глинозема
– Трехслойные (например: натриевый бентонит)
• Слой кремнезема
• Слой глинозема
• Слой кремнезема
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
5

6. Слоистые силикатные глины

Четырехслойные (хлорит)
• Слой кремнезема
• Слой глинозема
• Слой кремнезема
• Слой брусита
(гидроксид магния)
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
6

7. Кристаллы слоистых силикатных глин

Диаметр: ~1 микрон (1 миллионная метра)
Толщина: ~10 Å (10 миллиардных метра)
Диаметр : Толщина:
Площадь поверхности / Вес: ~ 800 м2 / г
Кристаллические пластинки расположены поверхность к
1,000 : 1
поверхности в виде пачки
Расстояние между кристаллами от 7 дo 17 Å
Заряды на основной поверхности в большинстве отрицательные
Заряды на краях кристаллов в основном положительные
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
7

8. Структура трехслойных алюмосиликатов

Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
8

9. Пространственная Структура глин

Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
9

10. Смектитовая Глина

Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
10

11. Смектиты

В данное семейство входят:
Монтмориллониты
Гекториты
Сапониты
Нонтрониты
Фемонтмориллониты
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
11

12. Монтмориллониты

В октаэдрическом слое атомы алюминия
частично замещены на атомы магния
Поверхность имеет отрицательный заряд
0,3 – 0,6 единиц
В обменном комплексе присутствуют ионы
Na+, K+, Ca+2, Mg+2, Fe+3
Между кристаллами прочносвязанная
вода
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
12

13. Монтмориллониты

Включает:
Монтмориллонит натрия (Вайомингский
бентонит)
Кальциевый/магниевый монтмориллонит.
Для придания раствору необходимой
вязкости требуется в 4 (четыре) раза больше,
чем натриевого
Монтмориллониты смешанного состава
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
13

14. Монтмориллониты

Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
14

15. Монтмориллониты

Кристаллизационная вода
Поверхностная
вода
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
15

16. Бентонит

Бентонит является в основном
глиной монтмориллонитового
вида (не менее 70 %)
Обладает высокой способностью
гидратироваться в пресной воде
Увеличивается в объеме от 4 до
10 раз после гидратации
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
16

17. Аттапульгит (Палыгорскит)

Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
17

18. Глинистые пластинки

Обмен катионов в растворе
происходит на поверхности
глинистых частиц
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
18

19.

Факторы, влияющие на
ионный обмен
Тип глин
Порядок замещения катионов
•Размер/Тип катионов
•Разность зарядов
Концентрация катионов
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
19

20.

Факторы, влияющие на
ионный обмен
Литий
Натрий
Калий
Mагний
Кальций
Алюминий
Водород
Легкий ионный обмен
Более тяжелый
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
20

21.

Катионообменная емкость
Глины
Катионообменная емкость
Мг-экв / 100 г
Монтмориллонит
70 – 130
Иллит
10 – 40
Каолинит
3 – 15
Аттапульгит
10 - 35
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
21

22.

Катионообменная емкость
Глины
Катионообменная емкость
Мг-экв / 100 г
Монтмориллонит
Иллит
Каолинит
Аттапульгит
70 – 130
10 – 40
3 – 15
10 – 35
Катионообменная емкость глины – способность глины
адсорбировать на своей поверхности катионы
Катионообменная емкость показывает, насколько данная
глина реакционно-активна
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
22

23.

Гидратация бентонита
Глины
Катионообменная емкость
Мг-экв / 100 г
Монтмориллонит
Иллит
Каолинит
Аттапульгит
70 – 130
10 – 40
3 – 15
10 – 35
Катионообменная емкость глины – способность глины
адсорбировать на своей поверхности катионы
Катионообменная емкость показывает, насколько данная
глина реакционно-активна
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
23

24.

Гидратация бентонита
Глины
Катионообменная емкость
Мг-экв / 100 г
Монтмориллонит
Иллит
Каолинит
Аттапульгит
70 – 130
10 – 40
3 – 15
10 – 35
Катионообменная емкость глины – способность глины
адсорбировать на своей поверхности катионы
Катионообменная емкость показывает, насколько данная
глина реакционно-активна
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
24

25.

Типы связей глинистых
частиц
»
АГГРЕГИРОВАННЫЕ
˃ Поверхность к поверхности
»
ДИСПЕРГИРОВАННЫЕ
˃
»
ФЛОКУЛИРОВАННЫЕ
˃
»
Хаотично расположены
Поверхность к торцу
ДЕФЛОКУЛИРОВАННЫЕ
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
25

26.

Типы связей глинистых
частиц
Агрегация: Снижение вязкости
Дисперсия: Возрастание вязкости
Флокуляция: Возрастание вязкости
Дефлокуляция: Снижение вязкости
Коагуляция - уменьшение электростатического заряда твердых
частиц, позволяющее частицам сближаться и образовывать
агломераты
Флокуляция – физико-химические связи, формируемые между
двумя или большим количеством частиц, заставляют частицы
слипаться в крупные «флокулы»
Курс «Буровые технологические жидкости»
Лекция 5 «Основы химии глин и глинопорошков»
»
26

27.

СПАСИБО
ЗА ВНИМАНИЕ!
75