页岩膨胀性实验

中国石油大学 油层物理 实验报告
实验日期： 2013.10.30成 绩： 班级： 石工11-05班 学号： 11021217姓名： 曹士文 教师：付帅 师 同组者： 王晓强 郑德浪
实验五 页岩膨胀性及粒度组成分析实验
一 实验目的
1. 掌握泥页岩膨胀机理； 2．了解高温高压泥页岩膨胀仪的工作原理及仪器结构； 3．掌握泥页岩膨胀率测定及计算方法。
（2）检查密封圈是否安好，否则密封性不好导致实验产生很大的误 差。
（3）试液在15-20ml为宜，保证岩样能被试液饱和。保证测盘能接 触到岩样，保证实验的准确性。
七.实验总结
通过本次实验，学习了高温高压泥页岩膨胀仪的工作原理，掌握了 实际操作膨胀仪和配套测量软件的使用方法，掌握了泥页岩膨胀率的测 定流程。通过查阅资料，回答思考题，了解了粘土的水化膨胀机理，并 且认识到粘土膨胀对储层造成的损害。实验的学习，有助于加深对理论 知识的学习和理解，对以后的学习和研究大有益处。实验操作在高压环 境下，且实验过程复杂，有助于我们培养严谨的科学态度，增强实验动 手能力。在老师的讲解和帮助下，基本完成了实验任务，由于岩样压制 存在一定的问题，故难免存在误差。
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： 其中：E—膨胀率，%；ht—粘土样品在t时刻的高度，mm；h0—粘 土样品的初始高度，mm。
三 仪器结构
图1 高温高压泥页岩膨胀仪原理图 1.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
0.800 24
0.361 3.800
0.916 26
0.391 4.116
膨胀 率/%
4.411 4.684 4.916 5.137 5.368 5.579 5.800 6.011 6.189 6.379 6.558 6.726
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粘土样品的初始高度h0= 9.50 mm 1计算粘土膨胀率：
粘土膨胀率计算公式： 举例计算： 当t=50min时， 膨胀率 同理计算其他时刻的膨胀率，处理结果填入上表之中。 2．依据表1绘制“膨胀率—时间”的关系曲线如下：
8
0.076
8.5 0.087
温度= 70 ℃， 压力= 3.5 MPa 膨胀 时 膨胀 膨胀 时 膨胀 率/% 间/min 量/mm 率/% 间/min 量/mm
-0.189
9
0.098 1.032 28
0.419
-0.211 9.5 0.108 1.137 30
0.445
-0.211 10
0.119 1.253 32
（1） 在流体剪切力作用下，粘土矿物颗粒极易脱落破碎，并随流 体在孔隙中移动，造成堵塞岩石孔隙喉道。
（2） 粘土矿物水化膨化使储层岩石的结构发生变化，岩石的粘土 胶结物膨胀，使岩石的孔隙缩小，孔隙结构变得复杂，孔隙 度变小，从而引起储层渗透率的明显降低。
（3） 粘土矿物水化膨化后，粘土颗粒分割了砂岩原生孔隙，使其 变得迂回曲折，形成粘土矿物晶粒之间的微小孔隙，使岩石 的渗透率极低。
1.895 44
0.588
0.105 13.5 0.189 1.989 46
0.606
0.211 14
0.198 2.084 48
0.623
0.326 16
0.236 2.484 50
0.639
0.442 18
0.27
2.842
0.558 20
0.302 3.179
0.684 22
0.333 3.505
0.467
-0.189 10.5 0.13
1.368 34
0.488
-0.189 11
0.14
1.474
36
0.51
-0.168 11.5
0.15
1.579
38
0.53
-0.126 12
0.16
1.684 40
0.551
-0.063 12.5 0.17
1.789 42
0.571
0.011 13
0.18
分析：由图可以看出，在压力和温度一定的条件下，随着时间的增加， 泥页岩的膨胀率逐渐增加。同时，膨胀率增加的速率逐渐变慢。
六 .实验思考题
1、粘土的水化膨胀机理（以蒙脱石为例）。 答：各种粘土都会吸水膨胀，只是不同的粘土矿物水化膨胀的程度不同 而已。以蒙脱石为例，解释粘土水化膨胀的机理：水吸附在蒙脱石层间 以及颗粒表面上，层间由于作用力弱，可以吸附大量阳离子、水或其他 极性有机分子，在原始状态下处于平衡状态。一旦阳离子浓度较低的淡 水进入蒙脱石晶层之间，就会引起晶层表面平衡电价的阳离子在水中解 离形成扩散双电层，使粘土表面带负电，在静电斥力的作用下，引起晶 层沿垂直于晶层方向分离，从而引起粘土膨胀。 2、粘土矿物水化膨胀对储层有哪些损伤。 答：粘土矿物水化膨胀对储层的损伤有：
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.Φ51×3.1密封圈；16.测盘；17.滑块；18.表杆；19.传感器座
主要试验仪器：
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≤120℃；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
1.打开高温高压页岩膨胀仪的电源开关，不设置加热温度。 2.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。 3.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。 4.将注液杯与主测杯之间的注液阀顺时针关闭，然后把试液(20~30mL) 倒入注液杯中，拧紧杯盖。 5.将连接好的主测杯和注液杯放入高温高压页岩膨胀仪的加热套中， 并将一根输气管与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0.5~1Mpa；由于仪器原因， 主测杯内不加压。 8.打开计算机中的测试软件，设置好采样时间。 9.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；则指定温度、压力条件下的膨胀实验正式开 始。 10.开始每隔0.5min记录粘土试样的膨胀量，18分钟之后每隔两分钟记 录一次数据，当膨胀量达到稳定时，停止实验。 11.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)。 12.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。 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。
（4） 粘土矿物具有很大的比表面积并强烈的吸附水，使岩石具有 很高的束缚水饱和度，从而降低了岩石的储油能力。
3、试验中应该注意哪些操作事项。高温高压操作安全方面，仪器维护 避免损坏方面，影响试验成败因素。 高温高压操作安全方面：
调压之前检查各开关，以免高压造成对人的伤害。 仪器维护避免损坏方面：
（1）避免撞击测盘测杆系统、容栅传感器，要轻拿轻放，以免造成 仪器损坏。
五．实验数据处理
表1 膨胀率与时间数据记录表
时 膨胀 间/min 量/mm
0.5 -0.018
1
-0.02
1.5 -0.02
2
-0.018
2.5 -0.018
3
-0.016
3.5 -0.012
4
-0.006
4.5 0.001
5
0.01
5.5
0.02
6
0.031
6.5 0.042
7
0.053
7.5 0.065
（2）容栅传感器的外壳在通电后不可接触主机的外壳，以免造成显
示仪不显示。如果接触造成不显示，此时关闭电源重新开机。 （3）容栅传感器在开机后出现“IN”时，按转换键“二”，显
示“二”。出现“H”、“H MAX”、“H MIN”时，连续按“M”键， 直到消失。 影响试验成败因素：
（1）安装容珊传感器前，将滑块与平衡支架的间隙进行调整，避免 两者之间的摩擦影响测量的精度。