!" 和 #$ %%& !"，水 化 半 径 分 别 为 #$ ’(# 和 #$ &)*

!"，

水化能分别为 +%, 和 (#* -. / "01

［&(］

。在干燥的

粘土中，由于 23

4

和 56

4

的离子半径小于粘土硅氧四

面体中六角氧环的内切圆半径（#$ %(( !"），不能与
六角氧环中的氧原子形成稳定的配合物

［&+］

，它们在

粘土层间与相对的两个硅氧四面体的底面的六个氧

原子配位。23

4

和 56

4

的水化能高，水化能力强，离子

与水分子之间的作用强于离子与粘土之间的作用，随

着晶层间水含量的增加，23

4

和 56

4

逐渐变成稳定的

水 化 离 子，然 后 脱 离 粘 土 表 面，形 成 扩 散 双 电

层

［(，,，&*］

。7

4

、89

4

和 5:

(

4

的半径分别为 #$ %((、#$

%;( 和 #$ %&% !"，

7

4

、89

4

的水化半径为 #$ &’& 和 #$

&&; !"，水化能分别为 ’&& 和 &*( -. / "01

［&(］

。7

4

、

89

4

的半径与硅氧四面体中六角氧环的内切圆半径

相匹配，能够与六角氧环中的氧原子形成稳定的配合

物，它们也存在于六角环以外的位置上，与硅氧四面

体中的氧原子形成 %&、, 和 * 配位。另外，7

4

、89

4

也

能与粘土片层的外表面以及边缘的氧原子形成配位

键

［’，;，,，&* < &;］

。7

4

和 89

4

的水化能低，水化能力弱，离

子与粘土之间的作用强于离子与水分子之间的作用，

随着晶层间水含量的增加，7

4

和 89

4

离子在粘土表

面的硅氧四面体中六角环内外转换位置，原六角环内

的部分 离 子 转 移 到 六 角 环 外，但 不 会 脱 离 粘 土 表

面

［’，(，&*，&)］

。用 7

4

和 89

4

离子交换粘土层间的 23

4

或

56

4

，则 7

4

和 89

4

离子与粘土表面结合，并降低晶层

间的水含量，但 23

4

或 56

4

却难以把 7

4

和 89

4

交换

出来

［’，(］

。

以上关于粘土膨胀研究的结果与我们的实验结

果是一 致 的。7=>>? 表 现 出 的 膨 胀 趋 势 低 于 56=

>>? 和 86=>>?，这是因为 7

4

的水化作用很弱，在

粘土层间不易水化，而是优先与粘土晶片形成稳定的

配合物。但 是，用 781 等 钾 盐 来 抑 制 56=>>?、86=

>>? 的水化膨胀，

首先需要进行充分的离子交换，而

离子交换需要离子在粘土层间能够自由移动。在粘

土晶层膨胀阶段，层间离子被束缚于粘土层间，只有

在渗透膨胀阶段，层间离子才能自由移动，离子交换

才能发生。与渗透膨胀相比，粘土的晶层膨胀量低但

膨胀压力大，晶层膨胀引起的近井壁地层应力变化对

井壁稳定有重要影响。粘土膨胀实验模拟的是井下

含粘土地层的水化膨胀情况，实际上反映的是粘土的

晶层膨胀，因此 )@ 781 溶液未表现出明显的抑制能

力，这一点对深入理解 7

4

作为粘土膨胀抑制剂的效

果是有帮助的。

’A 结论

在粘土晶层膨胀阶段，层间阳离子受束缚而不能

进行离 子 交 换，因 此 7

4

不 能 有 效 抑 制 56=>>? 和

86=>>? 的晶层膨胀。但 7

4

能有效抑制粘土的渗透

膨胀和分散，控制地层造浆。

参 考 文 献

［% ］A 赵 福 麟$ 油 田 化 学$ 山 东 东 营：石 油 大 学 出 版 社，

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［&&］ 8L13!L ET[LKG=S16390!，LG 61$ $ 53 74893 )4/%3 :，&##&，

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［&*］ S0L- E F，LG 61$ $ 53 <%/(3 )4/%3 2*1’/.8，%,,+，%%)：

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［&)］B6!3L1 M ]0J!I，B6C3D E F"3GH$ 53 74893 )4/%3 :，

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［&; ］ SL!^6"3! 8 S09G3U-，LG 61$ $ ;#>’(*#3 21’3 ?/14#*+3 ，

&##&，’*：&*)# < &*)*

（ 收稿日期 &##+=#’=&’；:VO _ #++\%；编辑A 汪桂娟）

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A 第 && 卷 第 + 期A

A

A A A A 孙明波等：

钾离子稳定井壁作用机理研究A A A A A A A A A

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