该斥能峰的高低往往标志着溶胶稳定性的强弱。 从胶粒间总位能曲线图可知，絮凝与聚结是两个不同的概念。当胶粒处于第二位能极小值时，表现为絮凝状态，这时颗粒间的连接力较弱。絮凝是可逆的。而当胶粒处于第一位能极小值范围时，则表现为聚结状态。聚结是不可逆的。 (2)影响聚结稳定性的因素

胶体粒子之间的吸力能是永恒存在的。只是当胶体处于相对稳定状态时，吸力能被斥力能所抵消而已。一般说来，外界因素很难改变吸引力的大小，然而改变分散介质中电解质的浓度与价态则可显著影响胶粒之间的斥力位能。 ①电解质浓度的影响

图2-18a、b、c分别表示在低、中、高三种电解质浓度条件下胶体粒子间的作用位能与其距离的关系。从图中可见，在低的和中等浓度电解质存在时，总位能有一个最大值，但随着电解质浓度的升高，斥能峰降低；而高浓度电解质存在时，除了胶体粒子非常靠近的距离以外，在任何距离上都是吸引能占优势，在这种情况下聚结速度最快(图2-18c)。在中等电解质浓度下(图2-18b)，由于“远程”斥力能的作用，聚结过程延缓了。在低电解质浓度下(图218a)，由于存在明显的“远程”斥力作用，聚结过程很慢，要几周或几个月才发生明显的聚结。 ②反离子价数的影响

通常用聚沉值和聚沉率两个指标定量地表示电解质对溶胶聚结稳定性的影响。能使溶胶聚沉的电解质最低浓度称为聚沉值。各种电解质有不同的聚沉值。该值仅仅是个相对值，它与溶胶的性质、含量、介质的性质以及温度等因素有关。如果各种条件确定，那么电解质对某一溶胶的聚沉值

也是一定的。因此具体来讲，聚沉值(或临界聚沉浓度)是指在指定条件下，使胶体明显聚沉所需的最低浓度，以mmol／1表示。聚沉值愈低，说明电解质的聚沉能力愈强。

聚沉率是聚沉值的倒数。聚沉率愈高，电解质的聚沉能力愈强。Schulze-Hardy分别研究了电解质对不同溶胶的聚沉值。结果表明，电解质中起聚沉作用的，主要是与胶粒带相反电荷的反离子，反离子价数愈高，聚沉值愈低，聚沉率愈高。从大量实验资料总结出如下规律：

＋

M：M2+：M3+＝100：1.6：0.3=(1／1)6：(1／2)6：(1／3)6

上述括号中的分母为反离子价数，由此可见，电解质的聚沉值与反离子价数的6次方成反比，这个规则称为舒采-哈迪(Schulze-Hardy)规则。

杰略金和郎台根据胶体粒子间的吸力和斥力导出了电解质对溶胶的聚沉值(vc) υc＝[cD3(kT)5]／(A2e6Z6) (2-19)

式中 A—哈马克常数(范德华引力常数)；

e—电荷数；

Z－反价离子价数；

c－与电介质阴阳离子对称性有关的常数； D－介质的介电常数。

由此可以看出，υc与反离子价数的6次方成反比，即 υc＝K／Z6 (2-20) 式中 K—常数。

式(2-20)定量地说明了舒采-哈迪(Schulze-Hardy)规则。 ⑧反离子大小的影响

同价离子的聚沉率虽然相近，但仍有差别，特别是一价离子的差别比较明显，若将各离子按其聚沉能力的顺序排列，则一价阳离子的排序为：

十＋十＋＋＋

H>Cs>Rb>NH4>K>Na+>Li 一价阴离子的顺序为，

－－－－－－－－

F—>IO3>H2PO4>BrO3>Cl>C1O3>Br>I>CNS

同价离子聚沉能力的次序称为感胶离子序，与水化离子半径从小到大的次序大致相同，这可能是由于水化离子半径越小，越容易靠近胶体粒子的缘故。对高价离子，影响其聚沉能力的因素中，价数是主要的，离子大小的影响，相对地就不那么显著了。 ④同号离子的影响

与胶粒所带电荷相同的离子称为同号离子，一般说来。它们对胶体有一定的稳定作用，可以降低反离子的聚沉能力。但有机高聚物离子(聚电解质)例外，即使与胶粒带电相同，也能被胶粒吸附。 ⑤相互聚沉现象

一般情况下，带相同电荷的两种溶胶混合后没有变化，当然也有个别例外。若将两种相反电荷的溶胶相互混合，则发生聚沉，这种现象叫做相互聚沉现象。 由于多数钻井液都是粘土-水胶体分散体系，因此上面介绍的这类体系的稳定和聚结原理对钻井液优化设计和现场应用具有重要的指导意义。

练习

1． 粘土矿物的两种基本构造单元是什么？

2． 常见的粘土矿物有哪些？它们的晶体构造各有何特点？

3． 什么叫粘土的阳离子交换容量？其大小与水化性能有何关系？与钻井液性能、井壁稳定

性又有何关系？

4． 伊利石晶胞的平均负电荷比蒙脱石高，但伊利石的阳离子交换容量（CEC）却低于蒙脱

石，这是为什么？

5． 粘土矿物的水化机理是什么？蒙脱石、伊利石和高岭石的水化机理有何异同点？ 6． 写出钠蒙脱石的胶团结构式，并与AgI正溶胶相比较，它们之间有何区别？

7． 粘土胶粒的电荷来源与一般胶体有何异同？粘土层面和端面的双电层结构个有何特

点？

8． 什么叫ζ电位？其大小与粘土胶体的稳定性有何关系？粘土的ζ电位受哪些因素的影

响？

9． 根据斯托克斯（Stokes）定律，试分析钻井液的动力稳定性与哪些因素有关？ 10． 什么是舒采-哈迪规则？它与胶体稳定性的关系是什么？

11．

什么是DLVO理论？其要点是什么？