页岩膨胀实验

中国石油大学油层物理实验报告实验日期：■成绩： 班级：石学号：姓名：教师:付帅师同组者：页岩膨胀实验一、 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。二、 实验原理泥页岩在高温高压下遇水开始膨胀，随着时间的增加，膨胀量增大。泥页岩膨胀率计算公式：E=2ox100%h0式中：E—膨胀率，%；H—粘土样品在t时刻的高度，mm；tH—粘土样品的初始高度，mm。0粘土样品放主测杯，加热并用气体加压，液体与样品接触，记剥。随时0间推移，粘土膨胀，h增加，被传感器记录。

三、实验仪器仪器设备如下图1所示。测温开关膨胀最mm1 I・・♦・IsHI电源测温开关膨胀最mm1 I・・♦・IsHI电源HTP-3A髙温高压泥页岩膨胀仪温度七一令皿1击图图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21918341756169151012142191834175616915101214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；15.051X3.1密封圈；16.测盘；17.滑块；18.表杆；19.传感器座主要试验仪器：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：气源压力为5Mpa；工作温度W120°C；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，设置加热温度为70Co2、 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（15~20mL）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0.5~1Mpa；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；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。10、 每隔30s记录粘土试样的膨胀量，当膨胀量达到稳定时，停止实验。11、 关闭总气源阀、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TW40°C,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。

五、实验结果处理地层温度=70°C, 地层压力=3.5MPa表一高温高压泥页岩膨胀率测定实验数据表时间膨胀量膨胀率时间膨胀量膨胀率时间膨胀量膨胀率minmm%minmm%minmm%0.50.0410.38590.2342.195280.5585.23510.0310.2919.50.2452.298300.5865.4971.50.0310.291100.2582.420320.6135.75020.0430.40310.50.2672.505340.6395.9942.50.0570.535110.2782.608360.6666.24830.0710.66611.50.2892.711380.6916.4823.50.0870.816120.2992.805400.7176.72640.1030.96612.50.3092.899420.7416.9514.50.1171.098130.3192.992440.7647.16750.1311.22913.50.3283.077460.7867.3735.50.1441.351140.3373.161480.8097.58960.1581.482160.3733.499500.8327.8056.50.1721.614180.4083.827520.8548.01170.1841.726200.4384.109540.8748.1997.50.1981.857220.4744.447560.8948.38680.211.970240.5024.709580.9148.5748.50.2232.092260.5304.972600.9338.752粘土样品的初始高度h=10.66mm0以第一组数据，即t=0.5min时为例，计算膨胀率：膨胀量=h-ht0根据粘土膨胀率计算公式有：h—h 0041E二tox100%二 x100%二0.385%h 10.660同理可得其余时间下对应的膨胀率。

根据表一中数据绘制膨胀率-时间曲线图如下：膨胀率E-时间t曲线4001020 30时间t/s50 60 704001020 30时间t/s50 60 70图二膨胀率E-时间t曲线图图形分析：由图中E-1曲线可以看出，在其他条件一定的情况下，随着时间的增加，泥页岩的膨胀率逐渐增加，但增加的速度在逐渐减慢。六、课后习题1、粘土的水化膨胀机理（以蒙脱石为例）答：蒙脱石是常见的粘土中的一种，当它与水接触时，水被吸附在蒙脱石的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，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膨胀，因此会发生膨胀。2、粘土矿物水化膨胀对储层有哪些损伤？答：粘土矿物水化膨胀会引起储层发生水敏现象，粘土矿物发生膨胀水化、分散脱落、运移，进而会导致地层渗透率降低，影响地层的储量及产量；而粘土矿物水化膨胀使矿物表面的物质脱落分解，它们会随流体移动，可能会堵塞空隙喉道，不利于采油，降低采收率。3、实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，影响实验成败因素？答：本次实验对仪器的气密性有较大的要求，是在较高的压力下操作的实验，所以要注意设备的密封性、合理的调节压力、并要十分清楚各个阀门，严格按操作规程操作，并记录数据等。6、岩石粒度组成分析的主要方法和步骤？答：常用的粒度分