泥页岩膨胀性测定实验
钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀能力评价方法
钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀能力评价方法论文题目：钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀能力评价方法摘要：本文通过实验和理论分析，提出了一种钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀能力评价方法。
该方法通过分析钻井液的滤液对泥页岩水化膨胀的抑制效果，评价钻井液对泥页岩的稳定性，从而优化选用合适的钻井液以降低泥页岩水化膨胀风险。
实验结果表明，该方法能够在一定程度上预测泥页岩的水化膨胀能力，并为钻井液选择提供参考。
关键词：钻井液；滤液；泥页岩；水化膨胀；评价方法1. 引言随着石油工业的发展，页岩气和页岩油的开发越来越受到重视。
然而，泥页岩中存在大量的粘土矿物，并且具有高度的吸水性，容易导致水化膨胀，给页岩的钻井、压裂和回采等工艺带来较高的风险。
因此，研究如何降低泥页岩的水化膨胀，提高钻井过程的安全性和效率，成为石油工业关注的重点。
钻井液作为钻井过程中的重要介质，具有润滑减阻、冷却清洗、支撑井壁等多种功能。
选择合适的钻井液并掌握其性能可以降低泥页岩水化膨胀风险，提高钻井过程的安全性和效率。
目前，国内外对钻井液选择的研究已有很多，但对其抑制泥页岩水化膨胀能力的研究还相对较少。
本文通过实验和理论分析，提出了一种钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀能力评价方法，以期为钻井液选择提供参考。
2. 研究方法2.1 实验样品本实验采用的泥页岩样品取自国内某页岩气藏，经过筛分和干燥处理，研磨成100目左右的粉末，过筛后得到符合要求的样品。
钻井液样品为某钻探公司选用的泥页岩钻井液，指标正常。
2.2 实验步骤在实验过程中，首先采用X射线衍射仪(XRD)分析泥页岩中各类粘土矿物质，确定其矿物组成。
然后根据Giorgi方法，制备不同浓度的钙离子标准水溶液，以调节泥页岩样品中Ca2+浓度，利用激光粒度分析仪(LPS)测试不同Ca2+浓度下泥页岩的粒度分布。
接着，将制备好的钻井液样品加入泥页岩样品中，分别制备不同浓度的稀释液。
在摇床上进行震动，使钻井液和泥页岩混合均匀，然后离心取滤液。
粘土岩水化膨胀因素试验研究
粘土岩水化膨胀因素试验研究摘要：在石油天然气钻井、基础工程钻掘及其他遇到泥岩、页岩、粘土等地层钻进时，常常会造成井壁失稳、井眼缩径、坍塌和储层损害等，通常我们把这些现象和膨胀联系起来，而在含粘土矿物较高的软弱岩层中，受到不同程度破坏的现象更为突出。
粘土水化膨胀的评价方法主要是吸水量法和膨胀量法，本文以膨胀量法为主，在模擬地层温度和压力的环境下，对粘土岩水化膨胀的因素进行了试验。
试验表明，在一定条件下，升高温度，增大粘土岩的水化膨胀速度，最终的膨胀量却是相同的；随着压力的增大，膨胀量会趋于变小。
关键词：粘土岩；水化膨胀；温度；压力1 室内试验研究1.1主要设备和材料自由膨胀率试验仪、岩石粉碎仪、电子天平和温度计，其中试验仪需要满足零到一百八十摄氏度的控温范围标准，并且控温灵敏度是正负一摄氏度。
电热烘箱的控温范围要求在零到三百摄氏度之间，电子天平的精度是0.0000。
原材料选用的是粘土岩及地层水。
1.2实验步骤在进行实验的过程中，需要按照相关标准操作，首先就要将粘土岩打磨到100目以内，或采用尺寸为0.15mm标准的孔筛进行筛料，再将打磨烘干好的粘土岩粉末置于天平上，称取8g的粉末作为实验用料，并采用压力机进行五分钟的0.01pa加压，最后再将它放到膨胀试验仪中，加入地层水，并测定4h 的线性膨胀率。
2 水化膨胀影响因素实验2.1与温度关系的实验在进行温度对水化膨胀影响实验的过程中，需要在常压的环境下设定不同的温度条件，并随着时间变化进行观察，最终得出试验数据和结论。
在实验中将温度设置为从20到100摄氏度依次递增的范围内，并模拟出地层水的环境，将实验材料放置其中随着时间推移观察变化，从图示可以看出，温度条件下粘土岩水化分散膨胀率的变化是极其显著的，尤其是在实验初始阶段的1h之内，随着时间的增加而变化的，温度愈高膨胀率越明显，在整个实验的过程中是一直呈现上升状态的，其中位于2h的实验阶段趋于平衡，之后随着实验时间的延长，变化的速度逐渐减慢并趋于相同。
GWY-01型页岩膨胀测试仪
GWY-01型页岩膨胀测试仪操作规程1、目的为了规范GWY-01型页岩膨胀测试仪的操作程序，确保操作人员正确合理使用，维护设备安全，制定本规程。
2、适用范围本规程适用于GWY-01型页岩膨胀测试仪的仪器操作。
3、试验准备：3.1将试样岩心或膨润土，粉碎、烘干、筛分（100目-325目）收存备用。
3.2蒸馏水或配制所需试验溶液。
3.3制备Φ24mm的滤纸圆片数张备用。
3.4检查气源、液压源应满足试验要求。
3.5将仪器面板上所有阀关闭。
3.6微机部分的操作参照相应说明执行。
4、操作规程：4.1低压试验 (0-4.5MPa)a.系统上电，调整温控器设定温度比实验温度低5℃-10℃。
b.取测试杯，拧下阀杆，在测试杯下端放一张圆片滤纸，称量岩心试样或膨润土10.00g，倒入测试杯内，在岩心试样或膨润土上部再放一张圆片滤纸。
c.将柱塞插入测试杯，注意柱塞钢体不要摩擦测试杯内壁，摆放好垫块，把测试杯置于其上，打开进油阀，使柱塞与测试杯保持垂直，用加压泵缓慢加压，使表压稳定在4MPa (或根据试验要求选择制样压力) , 如有下降，缓慢补充，保持5分钟。
取出测试杯，小心旋下柱塞。
d.把位移传感器的测杆向上插入传感器，安装测试杯，测试杯采用橡胶圈密封，用手力旋紧即可。
e.取储液杯，加入试验溶液，液面到螺纹下约5mm处，储液杯采用橡胶圈密封，用手力旋紧即可。
f.将加热套上移至顶部，用锁紧钮固定，从加热套下部插入阀杆用扳手拧紧。
g.连接气源管线至仪器后部气压源接头，打开气瓶和减压器阀，打开前面板左侧进气阀，给测试系统加压，应低于试验压力(一般为3.5MPa)。
h.调节温控制器，达到要求的实验温度，待温度稳定后，调节压力达到要求试验压力。
i.数据采集系统工作在DOS模式下，在开机菜单中选2进入测试状态，显示仪器铭牌，按下Alt+F5组合键，选取五笔输入法，按照屏幕提示输入即可，一般取试验时间8h，位移量程10mm, 用仪器主机上部调节杆调整零点。
膨胀土压力实验报告
一、实验目的本次实验旨在研究膨胀土在不同条件下的压力特性，了解其压力分布规律，为膨胀土工程设计和施工提供理论依据。
二、实验材料1. 膨胀土样品：采集自某地膨胀土层，样品经过风干、筛分，粒径小于2mm。
2. 实验仪器：压力试验机、土样制备设备、量筒、天平等。
三、实验方法1. 土样制备：将采集的膨胀土样品进行风干、筛分，按照一定比例混合均匀，制备成满足实验要求的土样。
2. 土样饱和：将制备好的土样放入量筒中，加入蒸馏水，使土样充分饱和。
3. 压力测试：将饱和土样放入压力试验机中，按照预定的压力等级进行加载，记录不同压力下土样的变形和破坏情况。
四、实验步骤1. 将制备好的饱和土样放入压力试验机中，调整试验机至初始压力。
2. 逐步增加压力，记录每个压力等级下土样的变形和破坏情况。
3. 持续加载至土样破坏，记录破坏时的压力值。
4. 分析实验数据，得出膨胀土的压力特性。
五、实验结果与分析1. 实验结果| 压力等级 (kPa) | 变形量 (mm) | 破坏情况 || --------------- | ------------ | -------- || 50 | 0.5 | 无破坏 || 100 | 1.0 | 无破坏 || 150 | 1.5 | 无破坏 || 200 | 2.0 | 无破坏 || 250 | 2.5 | 无破坏 || 300 | 3.0 | 破坏 |2. 分析（1）从实验结果可以看出，在压力等级较低时，膨胀土样品表现出良好的抗压力性能，变形量较小，无破坏现象。
（2）随着压力等级的增加，膨胀土样品的变形量逐渐增大，但破坏现象并未明显出现。
（3）当压力等级达到300kPa时，膨胀土样品出现破坏现象，表明此时土样已达到其抗压极限。
六、结论1. 膨胀土在较低压力等级下具有良好的抗压性能，变形量较小，无破坏现象。
2. 随着压力等级的增加，膨胀土的变形量逐渐增大，但破坏现象并未明显出现。
3. 膨胀土的抗压极限压力约为300kPa。
膨胀岩室内试验方案
膨胀岩室内试验方案1.膨胀岩室内试验内容(1) 膨胀岩的的基本物理指标：密度ρ、干密度d ρ、重度λ、孔隙率n 、含水量ω、塑限pω液限L ω、最大干密度max ()d ρ、最优含水量y ω、颗粒组成（平均粒径、不均匀系数）、渗透系数k(2) 膨胀岩的力学指标：自由膨胀率s F 、膨胀含水率H ω、凝聚力c 和内摩擦角ϕ值、单轴抗压强度P2.试验原理和试验方法(1)密度ρ：指膨胀岩单位体积的质量。
本试验采用环刀法。
试验仪器：环刀：内径6—8cm ，高2—3cm ；台秤：称量500g ，感量0.01g ； 其他：切土刀、凡士林等试验步骤：ⅰ按工程所需取原状土或软岩，整平其两端，将环刀内壁涂抹一层凡士林，刃口向下放在土样上。
ⅱ用切土刀将土样削成略大于环刀直径的土柱。
然后将环刀垂直下压，边压边削，直到土样伸入环刀为止。
将两端余土削平，取剩余的的代表性土样测定含水量。
ⅲ擦净环刀外壁称量，称出环刀与试样总重量，在减去环刀的重量即试样重量。
试样的体积即环刀内的体积。
按下式计算密度ρ和干密度d ρ：mvρ=10.01d ρρω=+式中： m — 试样质量 v — 试样体积 ω—试样含水量（2）重度γ：指膨胀岩所受的重力与膨胀岩的总体积的比值。
它可以通过膨胀岩的密度计算出来。
1010γρρ=⨯=（3）含水量ω：指膨胀岩在100—105℃下烘干到恒量是所失去水的质量与达到恒量后土颗粒质量的比值。
可以通过烘干法测得。
试验仪器：烘箱；天平：称量500g ，感量0.01g ；碎土刀；称量盒。
试验步骤：ⅰ取代表性试样15—30g ，放入称量盒内，立即盖好盒盖，称量结果为湿土与盒的质量，在减去盒子质量就是湿土质量。
ⅱ打开盒盖将试样和盒子放入烘箱内烘烤，在温度100—105℃下烘干至恒量。
ⅲ将烘干后的试验和盒子取出，盖好盒盖，称量干土与盒子重量，减去盒重即为干土重量。
按下式计算含水量：(1)smm ω=- 式中，m — 湿土质量 s m — 干土质量(4) 塑限p ω：土由可塑状态过渡到半固体状态的界限含水量。
泥岩膨胀机制及其发展规律研究
泥岩膨胀机制及其发展规律研究泥岩作为软岩在我国分布极为广泛,我国高铁运营里程的不断增加不可避免的要跨越泥岩地区,目前对泥岩吸水膨胀引起的危害性认识不足,出现了大量由于泥岩吸水膨胀引起的路基上拱病害问题,给高铁运营带来了极大的挑战。
主要原因是膨胀影响因素不明确以及缺乏行之有效的试验手段、评价方法。
因此,对泥岩膨胀机制及其发展规律的研究不论是对设计、施工还是既有线的运营都有着极其重要的理论与现实意义。
本文针对引起高速铁路路基上拱变形的泥岩膨胀问题进行研究,开展了室内试验研究了泥岩的膨胀特性;通过研制的泥岩膨胀体变测量仪,研究了泥岩不同应力条件下的吸水膨胀规律;通过泥岩岩块与泥岩粉末的膨胀试验和扫描电镜试验揭示了考虑泥岩结构强度的吸水膨胀机理;分析了泥岩吸水膨胀过程中的能量转换问题,提出了考虑泥岩结构强度的膨胀模型;结合提出的考虑水分作用的泥岩地基路基上拱变形计算方法,分析了泥岩地基路基上拱变形特征。
主要取得了以下研究成果:(1)获得了泥岩在不同应力约束条件下的膨胀变形规律,并提出修正膨胀模型。
泥岩吸水产生的膨胀体变与其吸收的水分呈线性关系;围压与膨胀体变峰值之间存在明显的对数函数关系;引入自由膨胀率的修正Huder-Amberg膨胀模型能准确描述泥岩不同应力约束条件下体积膨胀变化规律。
(2)明确了泥岩吸水膨胀的能量转化过程。
泥岩吸水膨胀过程是一个能量释放过程,所释放的能量一部分用于破坏其内部结构,另一部分用于对外做功产生膨胀;基于能量原理,建立了考虑泥岩结构强度的膨胀判别模型,泥岩粉末膨胀产生的潜在膨胀应变能等于泥岩岩块膨胀产生的膨胀应变能与其结构应变能之和。
(3)提出了同时考虑粉末膨胀和岩块强度的泥岩膨胀试验与评价方法。
对于泥岩岩块的膨胀判定,应同时进行单轴抗压强度试验、岩块粉末浸水膨胀试验,通过其结构强度应变能、粉末膨胀势能对泥岩岩块的膨胀性进行判定;当粉末膨胀势能大于结构强度应变能时,岩块就会表现为膨胀。
黑色页岩遇水膨胀微观特征试验研究
黑色页岩遇水膨胀微观特征试验研究
黑色页岩遇水膨胀微观特征试验研究是一项关于页岩在水溶液中的膨胀行为的重要研究领域。
它可以对页岩材料的特性及其处理过程有所帮助，从而为相关行业提供值得关注的方面。
本文将介绍有关黑色页岩遇水膨胀微观特征试验研究的内容。
首先，从宏观角度来看，黑色页岩遇水膨胀试验旨在研究页岩中渗入水所产生的物理变化。
通过对黑色页岩试样的宏观水平分析，可以获得它的室内压缩、抗压强度、耐久性等宏观性能的数据。
通过这些数据，可以知道黑色页岩在接触水溶液时，其强度、稳定性及结构保持得如何，以及它们会产生怎样的局部水分膨胀变形等。
其次，从微观角度来看，黑色页岩遇水膨胀微观试验研究的目的是了解页岩结构的局部变化情况。
为此，需要使用显微观察技术（如扫描电子显微镜或正电子显微镜），仔细观察页岩中的结构、裂缝、变形情况等。
同时，需要进行X射线衍射实验，获取页岩在室内水溶液中的结晶变化，以及在室外暴露
环境中对其膨胀效应的监测。
最后，利用上述试验数据，结合模拟计算技术，有助于深入理解页岩中渗水过程中的物理、化学及力学特性，并为相关行业提供有价值的建议和保障。
以上就是关于黑色页岩遇水膨胀微观特征试验研究的内容介绍。
通过有效的宏观及微观实验，分析不同条件下页岩的室内水膨胀行为，有助于掌握页岩礁的岩石力学特性，有助于提高行业的相关环境安全性和能源资源的利用率。
泥页岩吸水膨胀计算
非常规天然气研究院
毛管力+渗透压力+水力压差
毛管力(Capillary pressure)
Pc
2 cos
r
低渗透页岩10nm的孔喉半径产生15Mpa的毛管力 动力/阻力
Morrow,N,R 1976
渗透压力(Osmosis pressure)
PM P A RT ln sh V Am
由于泥页岩孔隙、微裂隙存在为膨胀提供空间，膨
胀压力的宏观表现并没有那么大。（邱正松）
非常规天然气研究院
泥页岩自吸水膨胀机理
非常规天然气研究院
1 泥页岩吸Biblioteka 膨胀机理泥页岩与水基钻井液的作用影响因素：
含水饱 和度 矿物类 型
密度
润湿性
泥页岩 孔喉 (10nm) 离子 浓度
钻井液
裂缝
盐度
作用结果是：孔隙压力上升和页岩强度（矿物成分） 机理分析： （1）活度不平衡（2）钻井液的类型、添加剂 （3）水力压差 （4）膨胀压力 （5）含水饱和度（影响离子速度）
与活度有关，文献给出的数值变化范围大约2—30Mpa
水力压差(Hydraulic pressure)
Pm gh
达西渗流，压力传递速度，有渗透率有关
非常规天然气研究院
膨胀力（swelling pressure）
两种机理： Innercrystalline swelling Osmotic swelling 力小于300psi 晶格内部 ，压力很大58000psi 页岩与孔隙流体离子交换，压
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中国石油大学（华东）渗流物理实验报告
实验日期： 成绩 ：
班级： 石工1205 学号： 姓名： 教师： 同组者：
泥页岩膨胀性测定实验
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：
%1000
⨯-=
h h h E t
式中，E —膨胀率，%； mm ；0h —粘土样品的初始高度，mm ；
t h —粘土样品在t 时刻的高度。
(2)防膨率计算公式
%100)(21⨯-=E 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
四、实验操作步骤
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h1；
(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4MPa，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h2，至此岩样制好，岩样长度h0=h1-h2。
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：（1）将连接注液杯的气体压力调至0.5~1Mpa；（2）将主测杯的气体压力调实验压力3.5Mpa。
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(温度很高时，可用湿布冷却)，至温度T≤40℃，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、实验数据处理
1．测试温度= 60 ℃，测试压力=3.5 MPa
粘土样品的初始高度h0=7.40 mm
2．记录不同时刻粘土膨胀量。
表一、不同时刻粘土膨胀量记录表
3．绘制粘土膨胀率与时间的关系曲线。
六、小结
通过本次泥页岩膨胀性测定实验，了解到页岩遇水会膨胀，而且其膨胀率很大，这与在之前课堂上老师讲的水敏有关，在实际石油开采的时候，也会遇到这种遇水膨胀的含油岩石，遇到这种岩石时，一定要注意避免其与水接触，以免岩石膨胀，影响开采效益，十分感谢老师的指导。