三元復(fù)合驅(qū)在地層中的作用主要內(nèi)容粘土礦物的基本性質(zhì)三元復(fù)合驅(qū)在地層中的作用粘土的基本概念粘土（2）粘土：疏松的尚未固結(jié)成巖的以粘土礦物為主的（≥50%）沉積物。（3）粘土巖（俗稱：泥頁巖）：粘土礦物經(jīng)沉積、固結(jié)成巖作用后成為粘土巖。（1）粘土礦物：細分散的（≤2μm）含水鋁硅酸鹽類礦物的總稱，可進一步分為晶質(zhì)（具有晶體結(jié)構(gòu)的）和非晶質(zhì)，自然界中所見到的粘土礦物絕大多數(shù)是晶質(zhì)的。粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)

天然粘土通常并不是單一礦物，而是由多種礦物的混合物，只是其中一種是主要礦物。根據(jù)主要粘土礦物的不同，可將天然粘土分為高嶺石類、蒙脫石類和伊利石類三種。

每一種礦物都是有不同原子所構(gòu)成的晶胞組合而成的，晶胞按照一定的順序排列，形成晶體，晶體經(jīng)過離子間的轉(zhuǎn)換，按照一定的順序組合成礦物。

粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)

硅氧四面體與硅氧四面體晶片

硅氧四面體：有一個硅原子與四個氧原子，硅原子在四面體的中心，氧原子在四面體的頂點，硅原子與各氧原子之間的距離相等。頂氧

底氧

硅氧面體晶片：指硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)。硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)由硅氧四面體通過相臨的底氧原子連接而成。硅氧四面體片硅氧四面體片的六方網(wǎng)格結(jié)構(gòu)粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)

鋁氧八面體與鋁氧八面體晶片

鋁氧八面體：六個頂點為氫氧原子團，鋁、鐵或鎂原子居于八面體中央。氧或羥基粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)鋁氧八面體晶片：多個鋁氧八面體通過共用的OH連接而成的Al-O八面體網(wǎng)絡(luò)。粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)

晶片的結(jié)合層面是O層面是OHSi-O晶片Al-O晶片晶層：四面體晶片與八面體晶片以適當?shù)姆绞浇Y(jié)合，構(gòu)成晶層1∶1型晶層：由一個硅氧四面體晶片與一個鋁氧八面體晶片構(gòu)成。粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)（2）2∶1型晶層：由兩個硅氧四面體晶片與一個鋁氧八面體晶片構(gòu)成。氧原子氧原子Si-O晶片Al-O晶片Si-O晶片粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)影響因素：a.離子價數(shù)離子價數(shù)越大越容易發(fā)生離子交換b.離子半徑離子半徑越大、水化半徑越小，離子的吸附性越強、交換能力越大，通常離子的交換能力由弱到強的排列順序為：Li+<Na+<K+(NH4+)<Mg2+<Ca2+<Ba2+<Al3+<Fe3+<H+c.離子濃度離子濃度越大交換能力越強

例1：蒙脫石在不發(fā)生晶格取代時，其理想結(jié)構(gòu)式為：

Al4Si8O20(OH)4.nH2O蒙脫石的實際結(jié)構(gòu)式為：

(1/2Ca,Na)x(MgxAl4-x)(Si8O20)(OH)4.nH2O例2：伊利石在不發(fā)生晶格取代時，其理想結(jié)構(gòu)式為：

Al4(Si8O20)(OH)4

伊利石的實際結(jié)構(gòu)式為：

(K)xAl4(Si8-xAlx)O20(OH)20粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)伊利石伊利石晶體結(jié)構(gòu)示意圖A、2∶1型粘土礦物B、存在晶格取代，取代位置主要在Si-O四面體中，且取代數(shù)目比蒙脫石多，產(chǎn)生的負電荷由等量的K+來平衡。C、晶層間引力以靜電力為主，引力強，，屬非膨脹型粘土礦物。伊利石特點粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)高嶺石①高嶺石晶體結(jié)構(gòu)示意圖A、1∶1型粘土礦物B、幾乎不存在晶格取代，負電量少C、晶層間引力以氫鍵為主，晶層間距C=0.72nm粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)蒙脫石蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)示意圖A、2∶1型粘土礦物B、存在晶格取代，取代位置主要在Al-O八面體中，即Al3+被Mg2+、Fe2+和Zn2+等取代，產(chǎn)生的負電荷由等量的Na+或Ca2+來平衡。

C、晶層間引力以分子間力為主，引力弱。蒙脫石特點粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)蒙脫石的晶體結(jié)構(gòu)（2﹕1層型）可交換陽離子nH2O結(jié)晶水粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)高嶺石、伊利石和蒙脫石基本特性比較礦物名稱高嶺石伊利石蒙脫石晶體類型1：12：12：1層間力氫鍵力靜電力，分子間力范氏力層間距，nm0.721.00.96~4層間離子無K+Na+/Ca2+電荷來源晶體邊緣斷鍵Al3+取代Si4+Mg2+或Fe2+取代Al3+晶格取代幾乎無有有CEC，mmol/kg土30~150200~400700~1300比表面積，m2/g土9~7065~180600~850水化性難水化不易水化易水化一般情況下，隨著地層深度的增加，伊利石含量增加蒙脫石含量減少，因此，下部地層縮徑現(xiàn)象少，以剝落掉塊、坍塌為主。粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)綠泥石：2∶1，非膨脹型（水鎂石片填充層間域）綠泥石綠泥石粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)

其它粘土礦物坡縷石與海泡石：2∶1，鏈層狀，抗鹽粘土；混合晶層粘土礦物：伊蒙混層，綠蒙混層。粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)坡縷石晶體結(jié)構(gòu)的立體表示圖海泡石晶體結(jié)構(gòu)

伊利石與蒙脫石相比雖晶層結(jié)構(gòu)相同，但由于晶格取代位置不同，平衡陽離子不同，因此，層面電荷密度不同，水化難易程度不同。粘土帶電量通常用C.E.C表示，C.E.C越大，說明粘土所帶負電荷越多，六種常見粘土礦物的C.E.C大致如下。粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)

1、定義水化：粘土礦物表面容易吸附較多水分子的特性。

膨脹：粘土吸水后體積增大的性質(zhì)。膨脹性是衡量粘土親水性的指標，親水性越強，吸水量越大，水化膨脹越厲害。2、水化膨脹機理

各種粘土都會吸水膨脹，只是不同的粘土礦物水化膨脹的程度不同而已。粘土水化膨脹受三種力制約：表面水化力、滲透水化力和毛細管作用。粘土的水化膨脹性粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)(1)表面水化

①定義：由粘土晶體表面直接吸附水分子和通過所吸附的可交換性陽離子間接吸附水分子而導(dǎo)致的水化。②表面水化機理直接水化：粘土表面上的H+和OH-通過氫鍵吸附水分子。間接水化：通過所吸附的可交換性陽離子間接吸附水分子。(2)滲透水化

①定義：由于晶層間陽離子濃度大于溶液內(nèi)部的陽離子濃度，因而發(fā)生水的濃差擴散，使水進入晶層。

②作用機理：濃差擴散。粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)

吸附：物質(zhì)在兩相界面上自動濃集（界面濃度大于內(nèi)部濃度）的現(xiàn)象。

吸附質(zhì)：被吸附的物質(zhì)（鉆井液處理劑）

吸附劑：吸附吸附質(zhì)的物質(zhì)（粘土）（1）物理吸附：范德華引力引起，一般無選擇性，吸附熱較小，容易脫附。例：陰離子和非離子處理劑在粘土上的吸附。分類（2）化學(xué)吸附：化學(xué)鍵力引起，具有選擇性，吸附熱較大，不易脫附。例：陽離子處理劑在粘土上的吸附。粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)（3）離子交換吸附粘土礦物表面上離子與溶液中同號離子間的交換作用。交換規(guī)則a.離子價數(shù)離子價數(shù)越大越容易發(fā)生離子交換b.離子半徑離子半徑越大、水化半徑越小，離子的吸附性越強、交換能力越大，通常離子的交換能力由弱到強的排列順序為：Li+<Na+<K+(NH4+)<Mg2+<Ca2+<Ba2+<Al3+<Fe3+<H+c.離子濃度離子濃度越大交換能力越強

粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)影響因素：a.離子價數(shù)離子價數(shù)越大越容易發(fā)生離子交換b.離子半徑離子半徑越大、水化半徑越小，離子的吸附性越強、交換能力越大，通常離子的交換能力由弱到強的排列順序為：Li+<Na+<K+(NH4+)<Mg2+<Ca2+<Ba2+<Al3+<Fe3+<H+c.離子濃度離子濃度越大交換能力越強

粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容粘土礦物的基本性質(zhì)三元復(fù)合驅(qū)在地層中的作用

采油化學(xué)油層化學(xué)改造化學(xué)驅(qū)法混相驅(qū)法烴類混相法非烴類混相法熱采法蒸汽驅(qū)火燒油層法油水井化學(xué)改造水井調(diào)剖油井堵水化學(xué)防砂防蠟清蠟稠油降粘酸化解堵射孔壓裂修井壓井油層保護綜合措施聚合物驅(qū)活性劑驅(qū)堿驅(qū)復(fù)合驅(qū)化學(xué)采油的分類油田化學(xué)采油研究的思路油田問題化學(xué)原理分析一般化學(xué)劑篩選特殊化學(xué)劑合成油田化學(xué)劑使用效果作用機理研究油田化學(xué)劑改進特殊化學(xué)劑再使用效果作用機理再研究油田化學(xué)劑再改進……

堿、表面活性劑和聚合物在油層中的吸附是三元復(fù)合體系驅(qū)油過程中發(fā)生的重要物理化學(xué)現(xiàn)象之一，油層中的膠結(jié)物—蒙脫土、高嶺土等粘土礦物是引起三元復(fù)合體系中化學(xué)劑吸附的主要因素。由于各種化學(xué)劑分子結(jié)構(gòu)不同，這些粘土礦物對它們的吸附能力存在差異因而在巖石表面將發(fā)生堿表面活性劑和聚合物分子間的競爭吸附機械捕集水動力學(xué)捕集聚合物分子間的相互作用而產(chǎn)生吸附聚合物在流經(jīng)多孔介質(zhì)由于表面吸附表面吸附降低聚合物溶液中的聚合物濃度和吸附作用聚合物在地層中的吸附作用聚合物在地層中的吸附作用

聚合物的加入在采油中也具有非常重要的意義，在聚合物／堿／表面活性劑組成的三元復(fù)合驅(qū)體系中，聚合物可控制復(fù)合驅(qū)驅(qū)替液的流變性，提高毛細管數(shù)和增大波及系數(shù)，減少表面活性劑在油砂上的損耗。這不僅可以降低化學(xué)劑的用量，同時又可大大提高采收率。而油田苛刻的地質(zhì)環(huán)境也大大降低了驅(qū)油效率，因此對表面活性劑的選擇是確定最佳驅(qū)油配方最關(guān)鍵和最首要的問題，將不利的地質(zhì)條件轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣恼{(diào)剖因素，降低表面活性劑／聚合物用量，設(shè)計出高效廉價的表面活性劑及聚合物驅(qū)油體系。聚合物在地層中的吸附作用

將固體吸附劑加入一定量濃度已知的溶液中達到吸附平衡的浸泡法。實驗選用淀粉-碘化鎘法測定聚合物對大慶SZ36-1油田6種粘土礦物的吸附量。當聚合物的濃度、溫度發(fā)生變化時,聚合物對粘土礦物的吸附量也隨之改變。測試方法：靜態(tài)吸附法測試原理：

在測定大慶LD10-1聚合物濃度之前,應(yīng)先配置一系列已知濃度的聚合物溶液,分別測出其吸光度，繪制出標準曲線或擬合出方程,然后根據(jù)實測樣品的吸光度,對照標準曲線,推算出樣品中聚合物的濃度。聚合物在地層中的吸附作用當50ml檢測液中聚合物含量在3500μg以內(nèi)時,吸光度和聚合物溶液濃度間的線性關(guān)系很好。由朗伯-比爾定律:A=Kbc式中,A為吸光度,無因次;K是比例常數(shù),一般稱為吸光系數(shù),b為比色皿厚度,cm;c為溶液的濃度,mg/L。測試原理聚合物在地層中的吸附作用聚合物標準曲線圖可得出曲線方程A=0.0221c+0.1832,相關(guān)系A(chǔ)=0.9998。聚合物在地層中的吸附作用在六種礦物中分別加入質(zhì)量濃度為100mg/L、1750mg/L、2500mg/L、3000mg/L的大慶LD10-1聚合物,水浴45℃時測得的單位質(zhì)量吸附量如圖所示。分析可以聚合物濃度的增加單位質(zhì)量吸附量逐漸增大,鈉長石單位質(zhì)量吸附量較低,而高嶺石相對來說單位質(zhì)量吸附量較高。鉀長石鈉長石聚合物在地層中的吸附作用分析可以得出單位質(zhì)量巖粉的吸附量在水浴溫度不同時所側(cè)得的單位質(zhì)量吸附量不同,隨著水浴溫度的增加單位質(zhì)量吸附量逐漸下降,高嶺石下降最明顯。在6種礦物中加入質(zhì)量濃度為100mg/L聚合物,在水浴30、45和60℃時測得的單位質(zhì)量吸附量高嶺石聚合物在地層中的吸附作用小結(jié)

1、高嶺石在高濃度時吸附量遞增較快,主要是由于高嶺石完全分散于裝有聚合物的試管中,即增大了高嶺石與聚合物的接觸面積；2、隨著溫度的升高,疏水締合聚合物溶解度增大,導(dǎo)致吸附量減少；3、隨著溫度的升高,有利于吸熱的“熵驅(qū)動”的疏水基之間的相互作用,使締合作用增強，導(dǎo)致吸附量減少。表面活性劑在地層中的吸附作用巖石礦物的吸附二價離子的沉淀表面活性劑的吸附降低表面活性劑的濃度，使表面活性劑在地層中的作用降低表面活性劑在地層中的吸附作用三元復(fù)合化學(xué)驅(qū)體系中的表面活性劑是一種十分昂貴的化學(xué)劑。表面活性劑濃度的大小和波及體積直接影響采收率的高低。注入儲層的表面活性劑除了與地下流體反應(yīng)外,必然要與儲層礦物進行化學(xué)反應(yīng),損耗表面活性劑。在表面活性劑驅(qū)和ASP復(fù)合驅(qū)過程中,石油磺酸鹽在油層巖石上的吸附,以及石油磺酸鹽與地層水和粘土中可交換多價陽離子（如Ca2+、Mg2+）之間的沉淀作用是導(dǎo)致表面活性劑損失的兩個主要原因。表面活性劑的損耗會改變驅(qū)油體系的性能及降低油/水間界面張力的能力。表面活性劑在地層中的吸附作用實驗順序1、確定粘土礦物2、粉碎礦物并且組合相應(yīng)的礦物3、配置系列的礦物濃度溶液4、礦物加入單一系列濃度溶液中，密閉反應(yīng);放置不同溫度想密閉反應(yīng)。5、礦物加入ASP系列濃度溶液中，密閉反應(yīng);放置不同溫度想密閉反應(yīng)。6、觀察，記錄表面活性劑在地層中的吸附作用實驗結(jié)果

表面活性劑在單一粘土礦物上的損耗量序列為:高嶺石>伊利石>綠泥石,在高嶺石上的損耗最大(12.0mg/g左右)，在綠泥石上最小(4.95mg/g)。而在ASP復(fù)合體系中，粘土礦物的損耗量序列與單一表面活性劑體系中剛好相反，綠泥石上的損耗量最大,為13mg/g左右,高嶺石上最小，為6mg/g。這可能與高嶺石在堿劑中化學(xué)行為強有關(guān),顆粒表面負電荷增多，排斥力加大，因而減少了表面活性劑的損耗。

在ASP復(fù)合體系中，粘土礦物上表面活性劑的損耗量為單一表面活性劑體系中的一倍左右。表面活性劑在地層中的吸附作用

表面活性劑在多價陽離子溶液中的沉淀-溶解-再沉淀機理（1）石油磺酸鈉與地層水中的多價陽離子、巖石中粘土的可交換多價陽離子相互作用會發(fā)生沉淀,反應(yīng)方程式如下:

（2）聚合物與表面活性劑不配伍導(dǎo)致表面活性劑沉淀和吸附。2NaRSO3+CaCl2Ca(RSO3)2↓+2NaCl(Mg2+)(Mg(RSO3)2↓)堿劑在地層中的吸附作用表面交換及水解,等成分和不等成分的溶解孔隙流體中的硬離子和與巖石表面交換的硬離子反應(yīng)形成難溶性鹽堿在巖芯表面上吸附堿與巖芯礦物反應(yīng)的損失機理降低堿劑的濃度，使堿在地層中的作用降低堿劑在地層中的吸附作用

堿驅(qū)或含堿的復(fù)合驅(qū)油過程中，堿在地層中吸附滯留、溶蝕、擴散等物理化學(xué)作用，堿溶液濃度發(fā)生變化和損失，當濃度低于一定值后，難以達到應(yīng)有的驅(qū)油效果。實驗原理：靜態(tài)吸附堿劑在地層中的吸附作用