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【知识点】第五章钻井液胶体化学基础、有关的基本概念和术语

时间:2022-01-08 08:16:09|浏览:

第5章钻井液胶体化学基础

一、胶体的基本概念和术语

胶体化学研究由分散在分散介质中的不溶性物质组成的系统的性质。在该体系中胶体化学,分散相高度分散并具有大的相界面。这是一个热力学不稳定的体系,但有些胶体体系相对稳定,所以胶体稳定的原因,胶体体系的制备和破坏是胶体化学研究的对象。钻井液就是这样一种相对稳定的胶体体系。

分散体系的分类:按分散相的粒径分类。

1、分子分散体系(R<10-9m)

2、胶体分散系统(10-9m <R<10-7m )

3、粗分散系统(R<10-7m)

胶体实际上是一种精细的分散体系,分散的颗粒直径在1nm到1um之间。由于钻井液中处于乳化状态的粘土颗粒、聚合物分子和微小水滴具有明显的胶体特性和特性,聚合物溶液中的聚合物线圈结构也具有胶体的一些一般性质。基本性质,特别是熟悉胶体化学的基本理论和基本概念,对于掌握钻井液的胶体性质,以便更好地控制和保持钻井液的性能,非常重要。

胶体是由不溶性物质组成的高度分散体系,颗粒粒径为10-9m<R<10-7m。胶体的特性主要是由于其特殊的分散程度。从热力学的角度来看,它是一个不稳定的系统。此时,由于界面大,界面能大,有聚集倾向。但有些胶体非常稳定,而这种稳定性来自于胶体特殊的胶体颗粒结构。

如果不溶性固体分散在介质中,就不能制备出稳定的胶体,必须存在作为稳定剂的第三种物质(这种物质通常是电解质)。离子吸附在胶体颗粒表面形成双电层。由于胶体粒子的带电和离子的溶剂化作用,胶体粒子可以稳定地存在于介质中,形成胶体体系。

我们可以从以下几个方面来理解胶体体系:1、胶体中的不溶物具有晶体的特性,而在溶液中,晶体粒径是不固定的(在一定范围内);2、胶体是非均相体系,具有大的相界面,是具有凝聚倾向的热力学不稳定体系。3、胶体的稳定性来源于稳定剂的存在形成的双电层结构体系。

二、胶体化学基本术语

(1)相——指物质中具有相同物理和化学性质的均质部分。具有两相或多相的系统称为多相系统。

(2)相界面——指相间的接触面,称为相界面,是相间的宏观物理界面。在相互接触的两相中,如果一相是气体,则相界面称为表面,如果是液固界面,则称为界面。

(3)分散相——指多相分散体系中的分散物质。

⑷分散介质——指分散相所在的连续介质,又称连续相。

示例:在钻井液中,粘土颗粒分散在水中。粘土是分散相;水是分散介质。

⑸分散度D——指分散相的分散程度,是衡量分散程度的指标,通常用分散相颗粒的平均直径或长度a的倒数表示。D=1/a。

⑹ 比表面积——指物质每单位体积(重量)的总表面积。比表面积 = S/V (m-1) 或比表面积 = S/W (m2/kg)。

⑺吸附——指物质自动集中在两相界面的现象(界面浓度大于内部浓度)。

⑻吸附剂——指被吸附的物质。

⑼ 吸附剂——指吸附被吸附物的物质。

⑽物理吸附——指吸附力主要是静电引力的吸附。

⑾化学吸附——指吸附力主要是化学键力的吸附。

三、胶体的基本性质

1、扩散

扩散是物质从高浓度区域自发迁移到低浓度区域的过程。这是热力学第二定律的必然结果,即系统均匀分布时熵值最大。扩散类似于热传导,因为物质从高浓度向低浓度移动。扩散在胶体系统中很常见。

2、布朗运动

布朗运动是溶液中胶体粒子的不规则运动。扩散是布朗运动的宏观表现,布朗运动是扩散的微观基础。

3、结算和结算均衡

胶体粒子在引力场中的定向运动称为沉降运动。引力场中的溶胶粒子在平衡时受到两种力的联合作用。一是重力作用,使胶体颗粒下沉,二是由于胶体颗粒的布朗运动产生的扩散力,使溶液中的胶体颗粒。颗粒浓度趋于一致。当两种作用达到平衡时,胶体粒子的浓度分布也达到平衡,形成一定的浓度梯度,即沉降平衡。

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