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文档简介

中国石油大学(油层物理)实验报告实验日期:2012.11.19成绩:班级:石工10-15学号:10131504姓名:于秀玲教师:同组者:秘荣冉张振涛宋文辉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。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: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8-1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.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,设置加热温度为80℃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2min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T≤40℃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.实验结果处理要求表1。高温高压泥页岩膨胀率测定数据处理表格地层温度=80℃,地层压力=粘土样品的初始高度h0=5.205测试时间/min膨胀量mm膨胀率E/%测试时间/min膨胀量mm膨胀率E/%测试时间/min膨胀量mm膨胀率E/%测试时间/min膨胀量mm膨胀率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未放入粘土样品时读数h01=31.26h02=31.18h03=31.24h04=31.18(单位mm)放入粘土样品高度读数h11=36.42h12=36.42h03=36.38h04=36.46(单位mm)粘土样品平均初始高度h0=5.205(单位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膨胀量=ht-h0(由原始记录表读出)粘土膨胀率计算公式:以时间为1min时为例同理可得其他时刻粘土的膨胀率,将数据填入表格。绘制膨胀率—时间标准曲线:图一.崩胀率—时间曲线分析:由图可以看出随时间的延长,粘土样品的膨胀率逐渐上升,且上升速度刚开始的时候快,慢慢地上升速度变慢,最后膨胀率趋于稳定。正是由于水不断地向粘土样品中逐渐扩散的结果,一开始水的扩散速度快,最后扩散速度慢,当粘土样品中的水趋于饱和时,粘土样品的膨胀率趋于稳定。六.思考题1、粘土的水化膨胀机理(以蒙脱石为例)。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。粘土膨胀的原因是粘土中可交换的阳离子如钠离子在水中解离形成扩散双电层,使片状结构表面带负电,由于静电斥力,带负电的片状结构自行分开而引起粘土膨胀。粘土水化膨胀受三种力制约:表面水化力、渗透水化力和毛细管作用。表面水化机理:直接水化:粘土表面上的H+和OH-通过氢键吸附水分子间接水化:通过所吸附的可交换性阳离子间接吸附水分子。这是短距离范围内的粘土与水的相互作用,这个作用进行到粘土层间有四个水分子层的厚度,其厚度约为10Ǻ(1nm)。当粘土层面间的距离超过10Ǻ时,表面吸附能量已经不是主要的了,此后粘土的继续膨胀是由渗透压力和双电层斥力所引起的。蒙脱石粘土矿物(2:1),其晶胞两面都是氧层,层间联结是较弱的分子间力,水分子易沿着硅氧层面进入晶层间,使层间距离增大,引起粘土的体积膨胀。2、粘土矿物水化膨胀对储层有哪些损伤。(1)某些粘土矿物有极强的水敏感性,遇水后体积可膨胀至原来体积的6-10倍,从而引起储层渗透率的明显降低。例如蒙脱石。(2)富含铁铝的矿物遇酸后溶解释放出铁铝会形成氢氧化铁、氢氧化铝的胶体沉淀。如果胶体颗粒较大,很容易堵塞孔隙喉道,从而造成二次伤害。例如绿泥石。(3)充填粒间孔隙,使原来的粒间孔隙变成微细的晶间孔隙,降低岩石的渗透率。例如高岭石。(4)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。例如高岭石、伊利石。(5)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。例如伊利石。(6)在孔隙中交错分布,使原来的粒间孔隙变成大量的细微孔隙,储层渗透率明显降低。例如伊利石。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:(1)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。(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”、“HMAX”、“HMIN”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。(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。4、防止钻井过程中粘土膨胀的措施。防止粘土膨胀的方法基本上有两类。第一类主要用阳离子如氢、钾、钙、磷、硫等把粘土从可膨胀的钠土形式变成相对不膨胀的粘土,或者是中和、减少粘土表面的负电性。第二类主要用有机硅烷、有机硅烷酯、胶质沥青质与粘土表面的羟基(由粘土表面的氧原子与水作用产生)作用,使粘土表面变成亲油表面,抑制它在水中的膨胀。此外还可以将注水开采

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