頁巖膨脹及粒度分析實驗報告

中國石油大學（油層物理）實驗報告實驗日期：2012.11.19成績：班級：石工10-15學號：10131504姓名：于秀玲教師：同組者：秘榮冉張振濤宋文輝頁巖膨脹性及粒度組成分析實驗一．實驗目的1.掌握泥頁巖膨脹機理；2．了解高溫高壓泥頁巖膨脹儀的工作原理及儀器結構；3．掌握泥頁巖膨脹率測定及計算方法。二．實驗原理泥頁巖在高溫高壓下遇水開始膨脹，隨著時間的增加，膨脹量增大。泥頁巖膨脹率計算公式：其中：E—膨脹率，%；ht—粘土樣品在t時刻的高度，mm；h0—粘土樣品的初始高度，mm。三．儀器結構圖8-1高溫高壓泥頁巖膨脹儀原理圖1.壓力表；2.放氣手柄；3.銷釘；4.連通閥桿；5.放氣螺釘；6.輸入三通閥；7.容柵傳感器；8.導桿；9.溫度傳感器；10.主測杯；11.粘土樣品；12.巖樣模；13.加熱套；14.溫控儀；15.注液閥；16.注液杯圖8-2主測杯結構示意圖1.容柵傳感器；2.傳感器支架；3.輸入三通閥；4.放氣螺釘；5.平衡支架；6.密封螺釘；7.滑動桿；8.測桿；9.主測杯；10.緊固螺釘；11.巖樣模；12.托墊；13.止釘；14.杯下蓋；15.Φ51×3.1密封圈；16.測盤；17.滑塊；18.表桿；19.傳感器座主要試驗儀器：主要試驗儀器：氮氣瓶(氮氣壓力大于5Mpa)、管匯、高溫高壓泥頁巖膨脹儀、數(shù)據(jù)控制及顯示系統(tǒng)等。各儀器的主要指標：各儀器的主要指標：氣源壓力為5Mpa；工作溫度≤120℃；工作壓力為3.5Mpa；測試量程為15mm；試樣模內徑為25mm；測量分辨率為0.001mm四．實驗步驟1.打開高溫高壓頁巖膨脹儀的電源開關，設置加熱溫度為80℃2.將制備好的壓樣(同巖樣模一起)從主測杯底部裝入主測杯內，同時應在主測杯底部放置密封圈，禁錮主測杯下的6個固定螺釘。3.在主測杯上部放一個密封圈，將帶有測盤、測桿的平衡支架系統(tǒng)放入主測杯內，調整好位置，擰緊固定螺釘。4.將注液杯與主測杯之間的注液閥順時針關閉，然后把試液(20~30mL)倒入注液杯中，擰緊杯蓋。5.將連接好的主測杯和注液杯放入高溫高壓夜宴膨脹儀的加熱套中，并將兩根輸氣管分別與主測杯的輸入三通閥和注液杯的連通閥桿連接好。6.將容柵傳感器放入支架內，調節(jié)表桿位置，使其底部與滑塊接觸，并擰緊固定螺釘；然后將溫度傳感器插入主測杯的孔內。7.擰緊注液杯上部的放氣手柄，擰緊放氣螺桿，然后打開注液杯的連通閥桿，將連接注液杯的氣體的壓力調至0.5~1Mpa；再將主測杯的氣體壓力調到實驗壓力3.5Mpa。8.打開計算機中的測試軟件，設置好采樣時間。9.主測杯放入加熱套一定時間后，當溫度達到實驗溫度時，點擊測試軟件上的“清零”和“開始”鍵；打開注液閥，將液體注入主測杯中，迅速關閉注液閥；打開主測杯的放氣螺釘，調節(jié)主測杯中的壓力至實驗壓力(為減少實驗誤差，上述三個操作最好在10s內完成)；則指定溫度、壓力條件下的膨脹實驗正式開始。10.每隔2min記錄粘土試樣的膨脹量，當膨脹量達到穩(wěn)定時，停止實驗。11.關閉總氣源閥、主測杯上的放氣螺釘、注液杯的連通閥桿，關閉主機電源；緩慢擰開注液杯上部的放氣手柄，放出其中的氣體；松開減壓閥(連接兩根輸氣管線)。12.卸下容柵傳感器、溫度傳感器，卸下與注液杯、主測杯相連的管線。13.將主測杯從加熱套中提出，置于空氣中冷卻(溫度很高時，可用濕布冷卻)，至溫度T≤40℃14.確認主測杯和注液杯內沒有氣壓后，卸下注液杯杯蓋，松開主測杯上蓋和下蓋的緊固螺釘，卸下主測杯的上、下杯蓋，取出巖樣模，清洗導桿端面以及主測杯內壁，擦干后存放。15.整理實驗儀器，處理實驗數(shù)據(jù)。五．實驗結果處理要求表1。高溫高壓泥頁巖膨脹率測定數(shù)據(jù)處理表格地層溫度=80℃，地層壓力=粘土樣品的初始高度h0=5.205測試時間/min膨脹量mm膨脹率E/%測試時間/min膨脹量mm膨脹率E/%測試時間/min膨脹量mm膨脹率E/%測試時間/min膨脹量mm膨脹率E/%0.50.0140.2786077.50.2044.059701160.3577.1045440.63512.636810.0130.25870680.2164.298507180.3587.6617460.64712.87561.50.0190.3781098.50.2264.497512200.4098.1393480.65913.114420.0380.75621990.2384.736318220.4348.6368500.66913.31342.50.0551.0945279.50.2484.935323240.4579.0945520.68113.552230.0721.432836100.2585.134328260.4799.5323543.50.091.79104510.50.2675.313433280.5019.97015640.1072.129353110.2765.492537300.51710.2886584.50.1232.44776111.50.2845.651741320.54210.78616050.1392.766169120.2925.810945340.56211.18415.50.1533.04477612.50.3026.00995360.58111.562260.1673.323383130.3096.149254380.59411.82096.50.1783.54228913.50.3176.308458400.61112.159270.1913.800995140.3256.467662420.62212.3781未放入粘土樣品時讀數(shù)h01=31.26h02=31.18h03=31.24h04=31.18（單位mm）放入粘土樣品高度讀數(shù)h11=36.42h12=36.42h03=36.38h04=36.46（單位mm）粘土樣品平均初始高度h0=5.205（單位mm）h0=[(h11-h01)+(h12-h02)+(h13-h03)+(h14-h04)]/4=[36.42-31.26+36.42-31.18+36.68-31.24+36.46-31.18]/4=5.25mm膨脹量=ht-h0（由原始記錄表讀出）粘土膨脹率計算公式：以時間為1min時為例同理可得其他時刻粘土的膨脹率，將數(shù)據(jù)填入表格。繪制膨脹率—時間標準曲線：圖一.崩脹率—時間曲線分析：由圖可以看出隨時間的延長，粘土樣品的膨脹率逐漸上升，且上升速度剛開始的時候快，慢慢地上升速度變慢，最后膨脹率趨于穩(wěn)定。正是由于水不斷地向粘土樣品中逐漸擴散的結果，一開始水的擴散速度快，最后擴散速度慢，當粘土樣品中的水趨于飽和時，粘土樣品的膨脹率趨于穩(wěn)定。六．思考題1、粘土的水化膨脹機理（以蒙脫石為例）。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。粘土膨脹的原因是粘土中可交換的陽離子如鈉離子在水中解離形成擴散雙電層，使片狀結構表面帶負電，由于靜電斥力，帶負電的片狀結構自行分開而引起粘土膨脹。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。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。這是短距離范圍內的粘土與水的相互作用，這個作用進行到粘土層間有四個水分子層的厚度，其厚度約為10?（1nm）。當粘土層面間的距離超過10?時，表面吸附能量已經(jīng)不是主要的了，此后粘土的繼續(xù)膨脹是由滲透壓力和雙電層斥力所引起的。蒙脫石粘土礦物（2:1），其晶胞兩面都是氧層，層間聯(lián)結是較弱的分子間力，水分子易沿著硅氧層面進入晶層間，使層間距離增大，引起粘土的體積膨脹。2、粘土礦物水化膨脹對儲層有哪些損傷。（1）某些粘土礦物有極強的水敏感性,遇水后體積可膨脹至原來體積的6-10倍，從而引起儲層滲透率的明顯降低。例如蒙脫石。（2）富含鐵鋁的礦物遇酸后溶解釋放出鐵鋁會形成氫氧化鐵、氫氧化鋁的膠體沉淀。如果膠體顆粒較大，很容易堵塞孔隙喉道，從而造成二次傷害。例如綠泥石。（3）充填粒間孔隙，使原來的粒間孔隙變成微細的晶間孔隙，降低巖石的滲透率。例如高嶺石。（4）在流體剪切力作用下，粘土礦物顆粒極易脫落破碎，并隨流體在孔隙中移動，造成堵塞巖石孔隙喉道。例如高嶺石、伊利石。（5）粘土礦物具有很大的比表面積并強烈的吸附水，使巖石具有很高的束縛水飽和度。例如伊利石。（6）在孔隙中交錯分布，使原來的粒間孔隙變成大量的細微孔隙，儲層滲透率明顯降低。例如伊利石。3、試驗中應該注意哪些操作事項。高溫高壓操作安全方面，儀器維護避免損壞方面，影響試驗成敗因素。高溫高壓操作安全方面：（1）調壓之前檢查各開關，以免高壓造成對人的傷害。儀器維護避免損壞方面：（1）避免撞擊測盤測桿系統(tǒng)、容柵傳感器，要輕拿輕放，以免造成儀器損壞。（2）容柵傳感器的外殼在通電后不可接觸主機的外殼，以免造成顯示儀不顯示。如果接觸造成不顯示，此時關閉電源重新開機。（3）容柵傳感器在開機后出現(xiàn)“IN”時，按轉換鍵“二”，顯示“二”。出現(xiàn)“H”、“HMAX”、“HMIN”時，連續(xù)按“M”鍵，直到消失。影響試驗成敗因素：（1）安裝容珊傳感器前，將滑塊與平衡支架的間隙進行調整，避免兩者之間的摩擦影響測量的精度。（2）檢查密封圈是否安好，否則密封性不好導致實驗產生很大的誤差。（3）試液在15-20ml為宜，保證巖樣能被試液飽和。保證測盤能接觸到巖樣，保證實驗的準確性。4、防止鉆井過程中粘土膨脹的措施。防止粘土膨脹的方法基本上有兩類。第一類主要用陽離子如氫、鉀、鈣、磷、硫等把粘土從可膨脹的鈉土形式變成相對不膨脹的粘土，或者是中和、減少粘土表面的負電性。第二類主要用有機硅烷、有機硅烷酯、膠質瀝青質與粘土表面的羥基（由粘土表面的氧原子與水作用產生）作用，使粘土表面變成親油表面，抑制它在水中的膨脹。此外還可以將注水開采