+++页岩膨胀系数

1、中国石油大学油层物理实验报告实验日期：2013.11.01成绩：班级：石工学号：姓名：_教师：付帅师同组者：实验五页岩膨胀性及粒度组成分析实验实验目的掌握泥页岩膨胀机理；了解高温高压泥页岩膨胀仪的工作原理及仪器结构；掌握泥页岩膨胀率测定及计算方法。二实验原理随着测试液与粘土矿物接触时间的增加，粘土膨胀，高度增加，由容栅传感器感应出的试样轴向的位移信号，通过计算机系统将膨胀量随时间的关系曲线记录下来，显示在屏幕上。当粘土矿物的膨胀量基本稳定时，最大的膨胀量与粘土样品的初始高度之比为最大膨胀率。泥页岩膨胀率计算公式：E=2ox100%h0其中：E膨胀率，；h粘土样品在t时刻的高度，mm；h0粘土样

2、品的初始高度，mm。三仪器结构计算机4rm测温开关压泥页岩膨胀仪原理图高温高压泥页岩膨胀仪温度寛电隙4膨胀吊:mm1压力表；2放气手柄；3销钉；4连通阀杆；5放气螺钉；6输入三通阀;7容栅传感器；8导杆；9温度传感器；10.主测杯；11.粘土样品；12岩样模；13.加热套；14.温控仪；15.注液阀；16.注液杯图8-2主测杯结构示意图1容栅传感器；2传感器支架；3输入三通阀；4放气螺钉；5平衡支架；6密封螺钉；7滑动杆；8测杆；9主测杯；10.紧固螺钉；11.岩样模；12托垫；13.止钉；14.杯下盖；15.51X3.1密封圈；16.测盘；17.滑块；18.表杆；19.传感器座主要试验仪器：

3、主要试验仪器：氮气瓶（氮气压力大于5Mpa）、管汇、高温高压泥页岩膨胀仪、数据控制及显示系统等。各仪器的主要指标：各仪器的主要指标：气源压力为5Mpa；工作温度W120C；工作压力为3.5Mpa；测试量程为15mm；试样模内径为25mm；测量分辨率为0.001mm。四实验步骤打开高温高压页岩膨胀仪的电源开关，设置加热温度为80C。将制备好的压样（同岩样模一起）从主测杯底部装入主测杯内，同时应在主测杯底部放置密封圈，禁锢主测杯下的6个固定螺钉。在主测杯上部放一个密封圈，将带有测盘、测杆的平衡支架系统放入主测杯内，调整好位置，拧紧固定螺钉。将注液杯与主测杯之间的注液阀顺时针关闭，然后把试液（203

4、0mL）倒入注液杯中，拧紧杯盖。将连接好的主测杯和注液杯放入高温高压夜宴膨胀仪的加热套中，并将两根输气管分别与主测杯的输入三通阀和注液杯的连通阀杆连接好。6将容栅传感器放入支架内，调节表杆位置，使其底部与滑块接触，并拧紧固定螺钉；然后将温度传感器插入主测杯的孔内。7拧紧注液杯上部的放气手柄,拧紧放气螺杆，然后打开注液杯的连通阀杆，将连接注液杯的气体的压力调至0.5IMpa；再将主测杯的气体压力调到实验压力3.5Mpa。8打开计算机中的测试软件，设置好采样时间。9主测杯放入加热套一定时间后，当温度达到实验温度时，点击测试软件上的“清零”和“开始”键；打开注液阀，将液体注入主测杯中，迅速关闭注液阀

5、；打开主测杯的放气螺钉，调节主测杯中的压力至实验压力（为减少实验误差，上述三个操作最好在10s内完成）；则指定温度、压力条件下的膨胀实验正式开始。每隔2min记录粘土试样的膨胀量，当膨胀量达到稳定时，停止实验。关闭总气源阀、主测杯上的放气螺钉、注液杯的连通阀杆，关闭主机电源；缓慢拧开注液杯上部的放气手柄，放出其中的气体；松开减压阀（连接两根输气管线）。卸下容栅传感器、温度传感器，卸下与注液杯、主测杯相连的管线。将主测杯从加热套中提出，置于空气中冷却（温度很高时，可用湿布冷却），至温度TW40C，松开主测杯的放气螺钉和注液杯上部的连通阀杆，放掉杯内余压。14确认主测杯和注液杯内没有气压后，卸下注

6、液杯杯盖，松开主测杯上盖和下盖的紧固螺钉，卸下主测杯的上、下杯盖，取出岩样模，清洗导杆端面以及主测杯内壁，擦干后存放。15.整理实验仪器，处理实验数据。五实验结果处理要求地层温度=70C，地层压力=3.5MPa粘土样品的初始高度h0=10.30mm粘土膨胀率计算公式：hhE=t亠x100%h0数据处理：当t=3.0min时，h-h=0.047mm,to由粘土膨胀率计算公式：e=ht-h000%=004700%=0.456%h5.420其他计算同理可得，将计算得到的数据填入表一中表一膨胀率与时间数据记录表时间/min膨胀量膨胀率/%时间/min膨胀量膨胀率/%0.5-0.002-0.019140

7、.2952.8641-0.001-0.010160.3283.1841.50.0040.039180.3593.48520.0150.146200.393.7862.50.0310.301220.4184.05830.0470.456240.4454.3203.50.0640.621260.4714.57340.0790.767280.4974.8254.50.0940.913300.5215.05850.1061.029320.5455.2915.50.121.165340.5685.51560.1341.301360.5925.7486.50.1451.408380.6145.96170.

8、1581.534400.6366.1757.50.171.650420.6566.36980.181.748440.6796.5928.50.1921.864460.6996.78690.2011.951480.7227.0109.50.2122.058500.7417.194100.2232.165520.767.37910.50.2322.252540.787.573110.2412.340560.7997.75711.50.252.427580.8177.932120.2592.515600.8358.10712.50.2692.612130.2772.68913.50.2872.786

9、画出膨胀率与时间的曲线，如下图所示。膨胀率与时间的关系曲线O时间t/min由上图的曲线趋势可以看出，压力和温度（高温高压）一定时，泥页岩的膨胀率随着时间的增加而逐渐增加。六实验小结1、粘土的水化膨胀机理（以蒙脱石为例）答：蒙脱石的化学结构式为：A12O34SiO2H2O,粘土矿物中的蒙脱石是由两层硅氧四面体片夹一层铝氧八面体片组成。蒙脱石就是由这种片状结构通过分子间力堆叠而成的，层间表面均为氧层，层间含有K、Na、Ca、nH20等元素。此类结构特点是晶体单元结构层内易出现晶格取代（例如硅被铝取代，铝被镁或铁取代），即晶体单元结构层内的阳离子（A13+、Si4+）被其他阳离子（Mg2+、Ca2+

10、、Na+等）部分置换，置换结果造成的第一种情况是正电荷亏损，使晶体结构中因缺少正电荷而出现电价不平衡现象，致使需要结合在晶体外表和晶层间的可交换性阳离子（Mg2+、Ca2+、H+、Na+等）来中和以平衡电价。当蒙脱石与水接触时，水即可进入蒙脱石的片状结构之间，引起平衡电价的阳离子在水中解离，形成扩散双电层，使晶体结构的表面带上负电。由于带负电的双电层之间的斥力，带负电的片状结构即将自行分开，产生所谓的粘土膨胀，故蒙脱石属膨胀型粘土矿物。粘土矿物的膨胀使地层空隙变得更加狭窄，对地层构成严重危害。第二种情况是引起电荷不均匀，八面体片内的平衡电荷（33%）大于四面体片内的平衡电荷（15%）,即阳离子

11、替换后的主要电荷在八面体上，可是它距层间的阳离子远，吸引力弱，尤其是对水合阳离子更弱。因此，层间可替换的阳离子可自由地进出，为阳离子替换提供了十分有利的条件，又由于相邻两晶层为氧原子面与氧原子面相邻接，层间无氢键力，仅是范德华力，联系较弱，所以允许这些阳离子带着大量水分子和其他极性分子进入晶层，表现出明显的膨胀性。2、粘土矿物的水化膨胀对储层有哪些损伤？答：（1）粘土矿物水化膨胀会引起储层发生水敏现象，水敏性是指岩石与外来水接触后，其中的粘土矿物发生膨胀水化、分散脱落、运移，而导致地层渗透率降低的现象。（2）粘土矿物水化膨胀使矿物表面的物质脱落分解，随流体移动，可能会堵塞空隙喉道，不利于采油3、防止钻井过程中粘土膨胀的措施。答：钻井过程中选用非水非极性的钻井液，尽量避开粘土层，在粘土层快速钻进并用套管隔绝钻井液和地层。4、黏土矿物水化膨胀的影响因素？答：黏土矿物在不同温度、压力和接触液条件下的水化膨胀特征。结果表明：温度超过iooc时，温度对黏土矿物水化膨胀的影响显著，温度低于80C时，温度对黏土矿物水化膨胀的影