页岩膨胀
中国石油大学 渗流物理 实验报告
实验日期:
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泥页岩膨胀性测定
一．实验目的
1．了解高温高压泥页岩膨胀仪的结构、工作原理及使用方法； 2．掌握粘土矿物吸水膨胀的机理及膨胀率的计算方法。
二．实验原理
粘土矿物在高温高压下与水接触开始膨胀，随着时间的增加，膨胀量增大。
不同时刻的膨胀量除以粘土样品的初始高度可得该岩样在不同时刻的膨胀率。
当膨胀量达到稳定时，可求最大膨胀率。
（1）膨胀率计算公式：
％100*0
h h h E t -=
式中， E —膨胀率，%；mm ；
t h —粘土样品在t 时刻的高度，mm ； 0h —粘土样品的初始高度，mm 。
（2）防膨率计算公式
21E E B -=
式中， B--防膨率，%；
1E --未经处理过的粘土的最大膨胀率，%； 2E --处理过的粘土的最大膨胀率，%。
三．实验仪器及流程
图1 高温高压泥页岩膨胀仪原理示意图
图2 主测杯结构示意图
主要实验仪器：
氮气瓶作为气源，提供环压和将测试液体压入主测杯；
高温高压泥页岩膨胀仪作为主要实验场所，提供实验理化条件；
容栅传感器测量岩样的膨胀量；
数据控制及显示系统显示经过处理转换得到的膨胀量。
四．实验步骤
1、样品制备 1）样品烘干
将土样或泥页岩样粉（过100目筛）在105℃条件下烘干4小时以上，冷却至室温，放置于干燥器内备用。
2）样品压制
（1）将带孔托垫放入模内，上面放一张滤纸，用游标卡尺测量深度1h ； （2）用天平称取5～10g 样品装入压模内，用手拍打压模，使其中样品端面平整，
并在表面再放一张滤纸；
（3）将压棒置于模内，轻轻左右旋转下推，与样品接触；将组好的岩样模置于油
压机平台上，加压至6MPa ，5分钟后泄压；取出压棒，倒置压模，倒出岩样表层的土样，用游标卡尺测量深度2h ，岩样长度210h h h -=。
2、膨胀率测试
1．将制备好的粘土试样(同岩样模一起)从主测杯底部装入主测杯内，同时注意主测杯底部放置密封圈，紧固主测杯下6个固定螺钉。
2．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；将滑块往下推移，确保滑块接触到试样。
3．将注液杯与主测杯之间的注液阀顺时针关闭，然后把试液(15～20mL)倒入注液杯中，拧紧杯盖。
关闭注液杯的连通阀。
4．将连接好的主测杯和注液杯放入加热套中，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，插上销钉。
5．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。
6．拧紧注液杯上部的放气手柄，拧紧主测杯的放气螺钉，然后打开注液杯的连通阀；打开总气源阀，调节减压阀，将连接注液杯的气体压力调至0.5Mpa ，将主测杯的气体压力调实验压力2Mpa 。
7．打开计算机中的测试软件，设置好采样时间。
8．打开电源开关，设置加热温度。
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；打开主测杯的放气螺钉，调节主测杯中的压力到实验压力(为减少实验误差，上述三个操作最好在15s 内完成)；则指定温度、压力条件下的膨胀实验正式开始。
10．记录不同时间粘土试样的膨胀量，当膨胀量达到稳定时，停止实验。
11．关闭总气源阀，旋紧主测杯上的放气螺钉，关闭注液杯的连通阀，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)，卸下与注液杯、主测杯相连的管线。
12．卸下容栅传感器，卸下温度传感器。
13．将主测杯从加热套中提出，置于空气中冷却，松开主测杯的放气螺钉，松开注液杯上部的连通阀，打开注液阀，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．整理好实验仪器。
五．数据记录与处理
1．膨胀性测试原始记录
表1 高温高压泥页岩膨胀率测定原始记录表
仪器和样品数据记录粘土样品高度读数h1/mm8.10
仪器编号2# 粘土样品高度读数h2/mm8.00
温度/℃40 粘土样品高度读数h3/mm8.20
压力/MPa 0 粘土样品平均高度h0/mm8.10
膨胀性数据记录
时间t/min 膨胀量
h
∆/mm
时间
t/min
膨胀量
h
∆/mm
时间
t/min
膨胀量
h
∆/mm
0.5 0.0257.5 0.57116 0.783
1 0.2118 0.58518 0.825
1.5 0.2678.5 0.60120 0.866
2 0.3069 0.61622 0.907
2.5 0.3429.5 0.6324 0.945
3 0.3710 0.64126 0.980
3.5 0.40210.5 0.65228 1.014
4 0.42911 0.66730 1.049
4.5 0.45311.5 0.67732 1.081
5 0.47612 0.69234 1.112
5.5 0.49512.5 0.70336 1.141
6 0.51213 0.71438 1.172
6.5 0.531 13.5 0.725 40 1.198 7
0.558
14
0.739
2．不同时刻粘土膨胀率计算。
膨胀率计算公式：
计算举例：
当t=11min 时，h ∆=0.667㎜，有
％100*0
h h
E ∆=
=
％％23.8100*10.8667.0= 计算得到时间——膨胀率数据表：
表2 时间——膨胀率数据表
时间
t/min 膨胀率 ％
时间 t/min 膨胀率 ％
时间 t/min 膨胀率 ％ 0.5 0.31 7.5 7.05 16 9.67 1 2.60 8 7.22 18 10.19 1.5 3.30 8.5 7.42 20 10.69 2 3.78 9 7.60 22 11.20 2.5 4.22 9.5 7.78 24 11.67 3 4.57 10 7.91 26 12.10 3.5 4.96 10.5 8.05 28 12.52 4 5.30 11 8.23 30 12.95 4.5 5.59 11.5 8.36 32 13.35 5 5.88 12 8.54 34 13.73 5.5 6.11 12.5 8.68 36 14.09 6 6.32 13 8.81 38 14.47 6.5 6.56 13.5 8.95 40 14.79 7
6.89
14
9.12
％100*0
h h
E ∆=
3．绘制粘土膨胀率与时间的关系曲线。
0.00
2.004.006.008.0010.0012.00
14.0016.0018.000
5
10
15
20
2530
35
40
45
50
时间/min
膨胀率/％
图1 时间——膨胀率曲线
曲线分析：
流体开始接触岩样时，流体尚未侵入岩样，仅在岩样表面引起岩样的膨胀，曲线上表现出一段小延迟，即膨胀率上升缓慢；而后一段时间，流体侵入岩样，岩样迅速膨胀，曲线上的表现为膨胀率上升速率很大；在流体持续作用于岩样的阶段，岩样持续膨胀，但膨胀率的增长开始下降，根据曲线的走势预测，岩样的膨胀率将在一段时间后达到一个最大值。
六、思考题
1、以蒙脱石为例，简述粘土水化膨胀的机理，及其水化膨胀对储层的伤害。
答：黏土矿物的单元晶层是由硅氧四面体片与铝氧八面体片按不同比例结合而成的。
蒙脱石基本结构层是由2个硅氧四面体片和1个铝氧八面体片组成的，所有硅氧四面体的顶氧原子均指向铝氧八面体，晶层间的作用力为分子间力（不存在氢键），联接松散，水易进入其中；而且蒙脱石存在大量的晶格取代，在尽头表面结合了大量的可交换阳离子，水进入晶层后，这些阳离子解离扩散形成双电层，使晶层表面带负电而相互排斥，产生黏土膨胀。
蒙脱石水化膨胀会导致储层受力增加，储层的孔隙度以及渗透率会降低；水化的黏土颗粒堵塞油气运移通道，从而使油气的产出受到影响。
2、总结岩石粒度组成分析的主要方法，并简述其步骤。
答：常用的粒度分析方法有薄片法、筛析法和沉降法。
对于直径较大的砂粒组成采用薄片法，在岩样上取能代表岩心的薄片，在显微镜下，测量薄片中颗粒的直径，并将测量值换算成Φ值，按1/4间隔分组，计算各组内颗粒百分数。
对于中小直径的砂粒岩样采用筛析法，将岩样除去胶结物并松解后，用直径不同的筛子过筛，分出不同的粒级组分，称出各自的重量，求出百分含量。
μ的岩样，将岩样除去胶结物并松解后，根据斯托克斯公式，当对于粒径小于40m
确定所要求的直径后，可得出在水中该颗粒的沉降速度，从而得出该颗粒自水面下降到指定深度的时间，故按一定时间间隔将沉降下来的颗粒取出烘干称重即可得出不同粒径范围的质量，而后求出质量分数。
软弱炭质页岩隧道大变形特性及控制技术
锚杆加固技术
适用于较为稳定的地质条件，能够提供较好的加固效果。 但不适用于大变形隧道，因为锚杆在变形过程中容易失效 。
喷射混凝土加固技术
适用于各种围岩条件，能够提供较好的加固效果。但施工 难度较大，需要专业人员操作。
监控量测技术
适用于各种隧道施工阶段，能够实时监测隧道变形情况， 为采取处理措施提供依据。但需要加强数据处理和分析能 力，以便及时采取有效措施。
隧道设计
该隧道采用单线铁路隧道设计，全长 800米，最大埋深50米。
施工过程
在施工期间，隧道发生了数次大变形 ，表现为拱顶下沉、水平收敛等。
处理措施
采用钢拱架、锚杆、喷射混凝土等手 段进行加固，并加强监控量测。
效果分析：各种控制技术的适用性和优劣比较
钢拱架加固技术
适用于各种地质条件和施工环境，能够提供较强的支护能 力。但施工难度较大，需要专业人员操作。
隧道开挖与围岩变形的基本规律
围岩变形压力与位移 随时间的变化规律
开挖面尺寸对围岩变 形的影响
围岩变形与隧道形状 、尺寸的关系
炭质页岩隧道大变形的特点
01
02
03
04
大变形发生的范围和程度
变形速率与持续时间
变形与环境因素的关系
大变形对隧道使用性能的影响
大变形对隧道稳定性的影响
大变形对支护结构的影响 大变形对周边环境的影响
控制技术
针对软弱炭质页岩隧道大变形的特点，可以采取多种控 制技术，如超前加固、背后加固、初期支护加强、二次 衬砌加强等。其中，超前加固可以采用注浆加固、锚杆 加固、钢拱架加固等措施；背后加固可以采用径向注浆 、水泥砂浆回填等措施；初期支护加强可以采用增加钢 拱架、增设锚杆等措施；二次衬砌加强可以采用增加钢 筋、增加混凝土厚度等措施。这些控制技术可以有效地 控制软弱炭质页岩隧道的大变形，提高隧道施工的安全 性和稳定性。
湖北襄阳地区膨胀土工程特性及处理措施研究
湖北襄阳地区膨胀土工程特性及处理措施研究发布时间：2021-07-22T15:13:30.877Z 来源：《城镇建设》2021年9期 作者： 龚豪杰[导读] 为了确定湖北襄阳地区膨胀土的工程性质及解决膨胀土地基处理的设计方案
龚豪杰
武汉丰达地质工程有限公司襄阳分公司 湖北 襄阳 441000
摘要：为了确定湖北襄阳地区膨胀土的工程性质及解决膨胀土地基处理的设计方案，对湖北襄阳地区的膨胀土的工程地质条件、膨胀土的胀缩机理进行分析，结合襄阳地区膨胀土的处理经验，提出相应的地基处理措施和建筑设计、施工相关的措施，研究成果可为类似工程处理膨胀土地基时提供一定参考和借鉴。
关键词 湖北襄阳；膨胀土；工程特性；地基处理
0 引言膨胀土一般是土中指黏粒成份主要由亲水性矿物组成（主要为蒙脱石和伊利石），同时具有吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土[1-
2]。其力学性质很不稳定，对工程危害较大。襄阳地区膨胀土主要分布于襄阳以北汉江河谷及唐北河一带，其成因多以洪积为主，一般为弱膨胀土，其矿物成分一般为伊利石[3]。本文结合湖北襄阳地区膨胀土地基基础设计实践经验，在分析地区膨胀土的工程分布工程特性基础上，对其胀缩机理进行研究，并有针对性地提出膨胀土地基处理措施。1 气象条件研究区域地处亚热带季风区，气候温和多雨，冬季（12月～次年2月）寒冷少雨，春季（3～5月）多阴雨，雨量不大；初夏（6～7月上旬）雨量集中，易发生洪水；盛夏（7～8月）高温炎热，伏旱频繁，时有特大暴雨发生；秋季（9～11月）气候凉爽。多年平均降雨量约为910mm。一般情况下，冬季雨量约占年总量的10%，春秋季雨量约占年总量的40%，夏季雨量约占年总量的50%。 2 工程地质条件2.1 地形地貌襄阳地区地貌以汉江为界，两侧差异较大。汉江以东为南襄盆地（南阳盆地）西南部的汉江冲积平原区，地形平坦开阔，与丘陵相接地段地形略有起伏，多呈垄岗状，侵蚀风化严重，冲沟发育。汉江以西呈垄岗间丘陵地貌，其中岘山－隆中、庙滩镇、谷城县城附近主要为汉江阶地，其余地段属丘陵地带，地势总体呈起伏状。2.2 区域地层岩性及地质构造垄岗表层为第四系中、上更新统网纹黏土，粉质黏土，黏土，局部夹有钙质结核，下部为砂砾石层或黏性土充填的砾石层，黏性土层具弱－中膨胀性，一般以硬塑－半干硬为主。坳谷表层局部分布有软塑－可塑的松软土，厚度一般为3～6m。下伏地层以汉江为界，汉江以东以白垩系泥质砂岩、泥岩为主，汉江以西主要为志留系粉砂岩、页岩。襄阳地区属南襄盆地南缘，覆盖层较厚，沿线地质构造多以隐伏构造为主，地面出露较少，对工程影响较小。2 区域膨胀土工程特性襄阳地区膨胀土以Q2、Q3黏性土地层为主，为区域最具代表性的标志性地层之一，广泛分布于垄岗及河流阶地上，呈棕黄、棕红、棕褐色、砖红色、褐黄色，外表呈网纹、蠕虫状，垄岗以硬塑－坚硬为主，坳谷多为可塑。第四系覆盖层一般厚10～20m，往南襄盆地方向厚度趋增，在襄阳附近达到最大（钻孔80m尚未揭示完全）。对研究地区的膨胀土工点取样化验结果显示：膨胀土的自由膨胀率一般大于40%，蒙脱石含量为25%左右，阳离子交换量一般为240～355mmol/kg，膨胀潜势级别以中等膨胀性为主；个别地段膨胀土的自由膨胀率达到80%左右，蒙脱石含量40%左右，阳离子交换量大于360mmol/kg，属强膨胀土。综合分析表明，研究区取样中－弱膨胀土约占46%，取样中膨胀土约占53%，取样强膨胀土不到1%。 3 膨胀土胀缩机理根据其成因，膨胀土地基变形可分为饱水膨胀变形和失水收缩变形，总称膨胀土的胀缩变形。根据《膨胀土地区建筑技术规范》，膨胀土变形计算可分为3种情况（即Se、Ss、Ses）[4]，对于天然状态下的某种特定膨胀土，其最高含水量对应其最大体积，其最小含水量对应其最大收缩量。从最小体积至最大体积的往复变形中，其最大变形量为一定值C，即max（Se）=max（Ss）=max（Ses）=C。 以上膨胀－收缩过程随水文年自由循环。随着含水率的增长，膨胀率缓慢增大，当含水率达到一定程度后，膨胀率急剧增大；初始含水率越小，膨胀程度越严重。在外部荷载一定的条件下，膨胀进程受到外部荷载限制，整个膨胀－收缩变形在达到最小含水率时完成最大收缩变形，其膨胀－收缩过程的最大变形量为加荷状态下的膨胀变形量，并以此为振幅往复振荡，但并非完全可逆。4 膨胀土地基的处理措施处理膨胀土地基的本质就是减少土粒晶胞的负点特性，只要能较少土粒晶胞之间间距，使土体的空隙减少，就可以大大减少水的影响,从根本上杜绝水膜增厚，减少晶胞间距。膨胀土地基的处理措施主要有以下几种：（1）改良法。石灰改良法通常在膨胀土中掺入一定量石灰，利用石灰中的解离的钙离子与黏土中的钾离子、钠离子进行交换，增加晶胞的正电价，在一定程度上中和了土粒的负电性，减少土粒晶胞的排斥作用，从而降低了水分子进入的可能性，其胀缩特性可以得到一定缓解。由于石灰与土粒的胶结反应完全需要几个月，时间较长影响工期，加之石灰处理后的膨胀土地基强度较低，目前多采用水泥对膨胀土进行改良。（2）换填法。将膨胀土清除干净后换填非膨胀性的黏性土、砂石土等，从根本上消除膨胀土的影响。一般多用于膨胀土层较薄的地区，但在实际施工过程中往往很难将换填土与膨胀土完全区分开来，影响了换填效果。（3）压实法。一般采用机械压实使土体，使其凝聚力和内摩擦角增大、地基承载力提高。但土体的膨胀性并没有得到改善。实际工程中一般多用于弱膨胀土作为路基填料的道路工程，房屋建筑工程一般不采用。此外还有隔水法、保湿法等处理措施，但其效果并不理想，在这里就不逐一介绍了。5 建筑设计和施工相关措施对于膨胀土地基的影响，一方面从地基本身进行处理减少其影响，另一方面从房屋基础形式、主体结构、施工组织等方面采取相应的处理措施。（1）适当增加天然基础的埋置深度不小于当地大气影响急剧深度，当建筑物对变形有特殊要求时，尚应通过地基胀缩变形计算确定。（2）垫层法。一般多用于膨胀土层较厚的地基，在天然基础下铺设砂石垫层，减少地基胀缩变形和调节不均匀沉降。通常与增加天然基础埋深一并施工。施工简单易行，是一种较为经济适用的方法。（3）采用桩基础。桩端应锚固于非膨胀土层中，承台梁下应预留空隙或虚铺炉渣，避免膨胀土的影响。此外当膨胀土层较厚时，还应复核膨胀土胀缩对桩基的不利影响。（4）地基土防水保湿①基槽回填时采用非膨胀性黏性土或三七灰土进行分层压实回填；②合理增加散水宽度。（5）加强上部结构刚度和整体性。如在砌体结构中设置圈梁和地梁等。（6）建筑施工措施。一是提前平整场地，减少挖、填场地土壤湿度差异；二是基槽开挖对其进行有效保护，避免暴晒、雨淋、风吹，减少土壤含水率变化；三是合理安排施工时间，避免雨季施工，基础施工完毕后及时填实基槽。同时施工过程中也应避免生产、生活用水等地基的侵害。6 结束语膨胀土性质很不稳定，给建筑工程安全带来很大隐患。本文通过对对湖北襄阳地区的膨胀土的工程地质条件、膨胀土的胀缩机理进行分析，结合襄阳地区膨胀土的处理经验，提出相应的地基处理措施和建筑设计、施工相关的措施，研究成果可为类似工程处理膨胀土地基时提供一定参考和借鉴。参 考 文 献：[1]陈宝义,殷琨,刘大军.高速公路膨胀土填料的改性及其施工技术[J].公路,2004(12):82-84. [2]胡明鉴,刘观仕,孔令伟.高速公路膨胀土路堤处治后期土体性状试验验证[J].岩土力学,2004(9):1419-1422. [3]杨和平,张锐,等.有荷条件下膨胀土的干湿循环胀缩变形及强度变化规律[J].岩土工程学报,2006(11):1936-1941. [4]住房城乡建设部,国家质量监督检验检疫局. GB50112—2013 膨胀土地区建筑技术规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社,2012.
页岩——基本知识
页岩一一基本知识页岩是粘土岩的一种。
页岩成分复杂，除粘土矿物（如高岭石、蒙脱石、水云母、莫来石等）外，还含有许多碎屑矿物（如石英、长石、云母等）和自生矿物（如铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等）。
页岩具有页状或薄片状层理，用硬物击打易裂成碎片。
页岩是由粘土物质经压实作用、脱水作用、重结晶作用后形成的。
1、页岩的类型常见的页岩有：①黑色页岩②碳质页岩③油页岩④硅质页岩⑤铁质页岩⑥钙质页岩。
1.1黑色页岩岩石中含有较多的有机质或细分散状的硫化铁而呈黑色。
外貌与炭质页岩相似，其区别在于不染手。
黑色页岩一般形成于缺氧、富含H2S的较闭塞海湾和湖泊的较深水地区。
如我国北方白垩系中的黑色页岩中含有丰富的有机质和介形虫、抱粉等微体古生物，是重要的生油岩系。
1.2炭质页岩这种页岩中含有大量呈细分散状均匀分布于岩石中的炭化有机质，黑色、能染手。
但灰分＞30%, —般很难作燃料。
常含大量植物化石，是湖泊、沼泽环境下的产物，出现于煤系中，常形成煤层的顶板与底板。
1.3油页岩油页岩是含有一定数量干酪根（＞10%）的页岩。
颜色有浅黄、黄褐、暗棕、棕黑、黑色等。
一般来说，含有机质愈多，其颜色也愈深。
其特点是比一般的页岩轻，而且有弹性，用小刀刮之，往往可成刨花状的薄片。
易燃，并发出沥青味及流出油珠。
油页岩属于页岩的范畴，但具有腐泥煤的特征，也有人把它叫做高灰分的腐泥煤”。
油页岩主要是在闭塞海湾或湖沼环境中由低等植物如藻类及浮游生物的遗体死亡后，在隔绝空气的还原条件下形成的，常与生油岩系或含煤岩系共生。
1.4硅质页岩页岩中SiO2平均值约58%,而硅质岩中的SiO2,可达85%以上。
在富含高岭石的硅质泥岩、页岩中，常保存有硅藻、海绵和放射虫化石，所以一般认为这种岩石中硅质的来源与生物有关，有的也可能和海底喷发的火山灰有关。
故硅质页岩中含有较多的玉髓、蛋白质等。
1.5铁质页岩岩石中含有铁矿物，铁质矿物作为色素使岩石带色，多呈红色或灰绿色。
炭质页岩工程特性及其边坡防护技术应用研究
炭质页岩工程特性及其边坡防护技术应用研究
杜日俊;梁日裕;赵世景;李博
【期刊名称】《西部交通科技》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】文章以环江县高铁站至金禾南路一级公路为例,通过野外地质调查、取样测试等方法,对环江地区炭质页岩的崩解机理、浸水抗剪强度开展研究。
结果表明:(1)炭质页岩经历干湿循环后,水分渗入原生缺陷中,岩体膨胀与收缩产生裂纹,裂纹在水岩相互作用下不断扩张、贯通,岩体由块状最终崩解成小颗粒状;(2)炭质页岩的抗剪强度随着饱水时间、含水率的增加而降低。
同时,根据炭质页岩的崩解性与抗剪强度受降雨影响较大这一研究结果,提出了素混凝土临时封面+植被混凝土绿化护坡方案,对环江县高铁站至金禾南路一级公路的炭质页岩路堑边坡进行防护,并取得了良好的防护效果。
【总页数】4页(P12-14)
【作者】杜日俊;梁日裕;赵世景;李博
【作者单位】广西路桥集团勘察设计有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U416.14
【相关文献】
1.土工膜+挂网客土喷播防护技术在炭质页岩边坡处治中的应用
2.炭质页岩蠕变特性及软弱夹层边坡稳定性分析
3.降雨入渗下炭质页岩路堑边坡渗流特性研究
4.基
于FLAC3D的炭质页岩边坡变形特性分析5.粤北地区炭质页岩填料工程特性与填筑施工技术研究
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钻井液体系介绍
PEM钻井液
国内领先近10年的环境可接受的水基防塌钻井 液体系（简称PEM泥浆体系，Protecting Environment Mud） - 满足钻井作业要求 - 满足环境保护的要求 - 满足保护油气层的要求 - 节约钻井整体成本 - 提高泥浆服务质量
PEM钻井液
应用范围： 用于中下部井眼段、强水敏性复杂地层、大斜度大位 移井，环境敏感地区作业井的作业。 基本配方（kg/m3） 预水化膨润土 烧碱 PAC-HV XC PF-JLX KCl 2040 23 35 12 3050 3050 纯碱 PF-FLO PF-PLUS PF-TEX PF-LPF 12 510 35 510 515
海水膨润土浆钻井液
常见性能： FV：30-40 s YP/PV〉2
维护处理： 用海水钻进，膨润土稠泥浆塞洗井携砂； 维持稠泥浆的YP(Pa)等于或大于PV(mPa.s)； 预水化膨润土浆配好以后，在泵入前加入石灰来提 高泥浆的粘度和切力，加入石灰后停止循环和搅动 以保持絮凝状态。
海水聚合物浆钻井液
分散体系
由水、配浆膨润土和各种对粘土、钻屑起分散作用的处理剂（简称为分散剂） 配制而成的水基钻井液称为分散钻井液。为了与钙处理钻井液区别，有时又 称为细分散钻井液。 在较深井段，需要泥浆密度较高或井眼条件可能比较复杂时，泥浆通常需要 分散，典型的分散剂有木质素磺酸盐、褐煤或单宁。它们是有效的反絮凝剂 和降滤失剂。经常使用一些含钾化学品可提高页岩稳定性。添加专门的化学 品调节或保持特定的泥浆性能。
钻井液体系分类
低固相钻井液体系
该体系的固相体积含量和类型受到控制，总的固相体积含量不能超过 610%。粘土固相体积含量不超过3%并要求钻井固相和膨润土的比 例小于2:1。该体系是不分散体系，通常使用结合添加剂作增粘剂和膨 润土增效剂。该体系的一个最显著优点是能大大提高钻井速度。
岩层拖拉管重点难点
水平定向钻进安装地下管线答题可以分为三个阶段，即钻导向孔，扩孔，管道回拖。
在长距离岩石水平定向钻进中，这三个阶段许多的施工工序及方法较之短距离钻进都有了一定的变化，以下从这三个阶段分别对长距离岩石水平定向钻进进行分析。
2导向孔钻进阶段2.1长距离岩石水平定向钻中导向孔钻进的难点在岩石层中进行导向孔施工，一般采用泥浆马达，即动力钻具作为动力源，其工作原理是使用高压泥浆驱动泥浆马达中的涡轮高速旋转，进而带动钻头旋转破碎岩石。
经过对实际施工经验和相关资料的总结，在长距离岩石层中进行导向孔钻进，所遇到的难点主要有以下几点：（1）长距离岩石钻进地层变化大，造成地层情况复杂，钻进过程困难。
水平定向钻进的岩石层主要为河流相沉积岩，主要是砂岩、砂砾岩、泥岩、页岩等地层，由于多数岩层都会经过多次的地壳运动，河流变迁，风化等地质作用，导致地层出现褶皱，断层，裂隙，层间角度不整合等地质构造，地层情况复杂多变，这就给水平定向钻进造成了许多困难，主要表现为：①在细砂岩，中粗砂岩等风化程度比较小的坚硬岩石中钻进，由于此类岩石抗压强度大，且切削下来的岩屑对钻具的磨损比较大，导致钻进功效比较低。
②较软岩层中，如破碎风化程度比较大的岩层钻进，由于钻具本身自重比较大，钻头会趋向于重力方向钻进，导致钻进角度比较难调整。
③软硬交互地层，钻进趋势会趋向于软岩层，造成钻进曲线偏离设计曲线。
④裂隙、断层岩层中钻进，主要是钻井液的漏失，导致钻井液无法满足施工，钻进功效降低。
（2）钻井液对复杂地层的适应性不足。
由于钻进距离长，可能经过的地层比较多，钻井液原则上需要根据不同的地层采取不同的配方，如切削的岩屑比较大的地层，主要考虑钻井液的携带能力。
但是由于实际施工需要同时保证施工质量和进度，还要控制施工成本，如果单纯从钻井液要符合地层情况角度考虑，则付出的成本过高，且不利于施工进度。
（3）钻进距离长，作用于钻头上的压力不易控制。
由于钻进距离长，孔中钻杆发生多次弯曲变化，钻杆应力及所受外力十分复杂，钻机操作台上的读数可能与实际情况相差比较大，这对司钻人员的施工造成了一定的困难。
最新页岩——基本知识培训讲学
页岩——基本知识页岩是粘土岩的一种。
页岩成分复杂，除粘土矿物(如高岭石、蒙脱石、水云母、莫来石等)外，还含有许多碎屑矿物(如石英、长石、云母等)和自生矿物（如铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等)。
页岩具有页状或薄片状层理，用硬物击打易裂成碎片。
页岩是由粘土物质经压实作用、脱水作用、重结晶作用后形成的。
1、页岩的类型常见的页岩有：①黑色页岩②碳质页岩③油页岩④硅质页岩⑤铁质页岩⑥钙质页岩。
1.1黑色页岩岩石中含有较多的有机质或细分散状的硫化铁而呈黑色。
外貌与炭质页岩相似，其区别在于不染手。
黑色页岩一般形成于缺氧、富含H2S的较闭塞海湾和湖泊的较深水地区。
如我国北方白垩系中的黑色页岩中含有丰富的有机质和介形虫、孢粉等微体古生物，是重要的生油岩系。
1.2炭质页岩这种页岩中含有大量呈细分散状均匀分布于岩石中的炭化有机质，黑色、能染手。
但灰分>30%，一般很难作燃料。
常含大量植物化石，是湖泊、沼泽环境下的产物，出现于煤系中，常形成煤层的顶板与底板。
1.3油页岩油页岩是含有一定数量干酪根(>10%)的页岩。
颜色有浅黄、黄褐、暗棕、棕黑、黑色等。
一般来说，含有机质愈多，其颜色也愈深。
其特点是比一般的页岩轻，而且有弹性，用小刀刮之，往往可成刨花状的薄片。
易燃，并发出沥青味及流出油珠。
油页岩属于页岩的范畴，但具有腐泥煤的特征，也有人把它叫做“高灰分的腐泥煤”。
油页岩主要是在闭塞海湾或湖沼环境中由低等植物如藻类及浮游生物的遗体死亡后，在隔绝空气的还原条件下形成的，常与生油岩系或含煤岩系共生。
1.4硅质页岩页岩中SiO2平均值约58%，而硅质岩中的SiO2，可达85%以上。
在富含高岭石的硅质泥岩、页岩中，常保存有硅藻、海绵和放射虫化石，所以一般认为这种岩石中硅质的来源与生物有关，有的也可能和海底喷发的火山灰有关。
故硅质页岩中含有较多的玉髓、蛋白质等。
1.5铁质页岩岩石中含有铁矿物，铁质矿物作为色素使岩石带色，多呈红色或灰绿色。
陶粒按原料使用不同的几种常见分类
(6)生物污泥陶粒污水处理厂处理完污水后所产生
的、并含有大量的生物污泥,生物污泥有的制成农
用肥,有的直接用于绿化,也有的排放到海里或者焚
烧,这样会造成二次生态环境污染.目前,以生物污泥 为主要原材料,采
用烘干、磨碎、成球、烧结成的陶粒,称为污水处
陶粒按原料使用不同的几种常见分类(1)粉煤灰陶
粒以固体废弃物为主要原料,加入一定量的胶结料
和水,经加工成球,烧结烧胀或自然养护而成,粒径在
5㎜以上的轻粗集料,简称粉煤灰陶粒.(2)粘土陶粒 以黏土、亚黏
黏土等为主要原料,经加工制粒,烧胀而成的,粒径在
5㎜以上的轻粗集料,称为黏土陶粒.(3)页岩陶粒又
称膨胀页岩.以黏土质页岩、板岩等经破碎、筛分,
或粉磨后成球,烧胀而成的粒径在5㎜以上的轻而成的普通型页岩陶粒;经粉磨、成球、烧胀而成
的圆球形页岩陶粒.黏土陶粒、粉煤灰陶粒、页岩
陶粒适用于保温用的、结构保温用的轻集料混凝 土,也可用于结构用的轻集
成了很大污染.煤矸石的化学成分与黏土比较相似,
煤矸石含有较高的碳及硫,烧失量较大.只有在一定
温度范围内才能产生足够数量黏度适宜的熔融物
质,具有膨胀性能.根据它的特点,我国已研制出煤矸 石陶粒.煤矸石陶粒
是将符合烧胀要求的煤矸石经破碎、预热、烧胀、
冷却、分级、包装而生产出来的.得到的陶粒产品
质量完全符合国家标准,部分技术指标超过国家标
理生物污泥陶粒.用生物污泥代替部分黏土来烧制
陶粒既节省黏土,又保护农田,也起到了一定的环保
作用.巩义市华龙滤料厂是专业生产各种滤料、填 料、环保配件,已有十一
年的历史,着重致力于研究开发各种新颖的污水处
钻井液用抗温抗盐润滑降滤失剂SLJWP的制备及性能评价
钻井液用抗温抗盐润滑降滤失剂SLJWP的制备及性能评价邱维清【摘要】在深井复杂地层钻井过程中,高温、高盐和高摩阻一直是困扰钻井工作的难题.在钻井液中加入抗温抗盐润滑降滤失剂,可以在降低摩阻的同时,还具有抗温、抗盐降滤失的效果.利用反相乳液聚合方法制备了一种抗温抗盐润滑降滤失剂SLJWP,在确定合成条件的基础上,对抗温抗盐润滑降滤失剂SLJWP进行了性能评价.红外光谱分析表明,新研制的SLJWP抗温抗盐润滑降滤失剂具有多羟基结构,该结构易和水分子结合,阻止水分子渗入地层.利用旋转粘度计,失水仪、极压润滑仪等仪器,对其性能进行了评价分析.结果表明,SLJWP降滤失剂具有良好的降滤失、抗温、润滑、抗Na+污染能力.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2014(033)011【总页数】5页(P97-100,105)【关键词】降滤失剂;抗温;抗盐;润滑;钻井液【作者】邱维清【作者单位】胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司,山东东营257064【正文语种】中文【中图分类】TE254.1在石油钻井过程中，钻井液用降滤失剂是保证钻井液性能稳定、减少有害液体向地层滤失、稳定井壁和保证井径规则的重要处理剂[1-2]。
在深井复杂地层钻井过程中，降滤失剂由于受地层高温及高价离子的影响，常常性能变差或失效，滤失量大幅上升，进而导致各种井下复杂情况的发生，给钻井作业带来巨大困难和损失。
同时随着定向井、水平井钻井工艺技术在复杂地层的推广应用，对钻井液性能提出了更高的要求，如何降低钻井摩阻，提高钻井液的润滑性能，成为定向井、水平井施工的关键。
为了解决钻井工作遇到的高温、高盐和高摩阻等问题，袁丽等[3]以淀粉，液体润滑剂等为原料，合成固体润滑降滤失剂，该产品虽有良好润滑性和降滤失效果，但在抗温抗盐方面则有待提高。
同样，刘传禄等[4]以改性纤维素和多种表面活性为原料制得PPL 防卡降滤失剂，其润滑性能优于柴油，而抗温性能也需进一步完善。
地层压力与地层温度
第七章地层压力与地层温度主要内容一、有关地层压力的概念二、异常地层压力研究三、油层压力研究四、地层温度研究五、油气藏驱动类型地层压力与地层温度是开发油气田的能量，也是油气田开发中重要的基础参数。
油气藏地层压力和温度的高低，不仅决定着油气等流体的性质，还决定着油气田开发的方式、油气开采的技术特点与经济成本，以及最终的采收率。
因此，对一个油气田来说，在勘探阶段以至整个开发过程中，都非常重视地层压力和温度这两个基础参数的获取。
第一节有关地层压力的概念压力的单位是帕，符号是Pa。
1Pa是指1m2面积上受到1N的力时形成的压力。
即：1Pa= 1N/m21MPa=103KPa=106Pa1MPa=10.194kgf/cm2或 1kgf/cm2=98.067kPa粗略计算时，可认为1kgf/cm2=100kPa=0.1MPa，其误差约为2%。
1、上覆岩层压力（地静压力）上覆岩石骨架和孔隙空间流体的总重量所引起的压力。
其值的大小与上覆岩层的厚度、骨架密度和孔隙流体密度有关。
单位为MPa 。
上覆岩层压力梯度:单位岩柱高的压力。
单位为MPa/m 。
据统计,第三纪岩层的平均压力梯度为0. 0231MPa/m （密度测井）;碎屑岩岩层的最大压力梯度为0.031MPa/m ;浅层的岩层压力梯度一般小于0.031MPa/m 。
2、静水压力（流体静压力）液柱重量所产生的压力。
其大小与液体的密度和液柱的高度有关，而与液体的形状和大小无关。
静水压力梯度：单位液柱高度的压力值。
由于水的密度一般为1×103kg/m 3 ，所以，静水压力梯度约为 0.01MPa/m 。
3.地层压力作用于岩层孔隙空间内流体上的压力，又称为孔隙流体压力。
常用Pf 表示。
含油、气区内的地层压力称为油层压力或气层压力。
地层压力全部由流体本身所承担。
油气层未被钻开之前，油层内各处的地层压力保持相对平衡状态。
一旦油气层被钻开并投入开采，油气层压力的平衡状态遭到破坏，在油气层压力与井底压力之间产生的压差作用下，油气层内的流体就会流向井筒，有时甚至喷出到地面。