1、中國石油大學油層物理實驗報告實驗日期：2013.11.01成績：班級：石工學號：姓名：_教師：付帥師同組者：實驗五頁巖膨脹性及粒度組成分析實驗實驗目的掌握泥頁巖膨脹機理；了解高溫高壓泥頁巖膨脹儀的工作原理及儀器結構；掌握泥頁巖膨脹率測定及計算方法。二實驗原理隨著測試液與粘土礦物接觸時間的增加，粘土膨脹，高度增加，由容柵傳感器感應出的試樣軸向的位移信號，通過計算機系統(tǒng)將膨脹量隨時間的關系曲線記錄下來，顯示在屏幕上。當粘土礦物的膨脹量基本穩(wěn)定時，最大的膨脹量與粘土樣品的初始高度之比為最大膨脹率。泥頁巖膨脹率計算公式：E=2ox100%h0其中：E膨脹率，；h粘土樣品在t時刻的高度，mm；h0粘土樣

2、品的初始高度，mm。三儀器結構計算機4rm測溫開關壓泥頁巖膨脹儀原理圖高溫高壓泥頁巖膨脹儀溫度寛電隙4膨脹吊:mm1壓力表；2放氣手柄；3銷釘；4連通閥桿；5放氣螺釘；6輸入三通閥;7容柵傳感器；8導桿；9溫度傳感器；10.主測杯；11.粘土樣品；12巖樣模；13.加熱套；14.溫控儀；15.注液閥；16.注液杯圖8-2主測杯結構示意圖1容柵傳感器；2傳感器支架；3輸入三通閥；4放氣螺釘；5平衡支架；6密封螺釘；7滑動桿；8測桿；9主測杯；10.緊固螺釘；11.巖樣模；12托墊；13.止釘；14.杯下蓋；15.51X3.1密封圈；16.測盤；17.滑塊；18.表桿；19.傳感器座主要試驗儀器：

3、主要試驗儀器：氮氣瓶（氮氣壓力大于5Mpa）、管匯、高溫高壓泥頁巖膨脹儀、數(shù)據(jù)控制及顯示系統(tǒng)等。各儀器的主要指標：各儀器的主要指標：氣源壓力為5Mpa；工作溫度W120C；工作壓力為3.5Mpa；測試量程為15mm；試樣模內(nèi)徑為25mm；測量分辨率為0.001mm。四實驗步驟打開高溫高壓頁巖膨脹儀的電源開關，設置加熱溫度為80C。將制備好的壓樣（同巖樣模一起）從主測杯底部裝入主測杯內(nèi)，同時應在主測杯底部放置密封圈，禁錮主測杯下的6個固定螺釘。在主測杯上部放一個密封圈，將帶有測盤、測桿的平衡支架系統(tǒng)放入主測杯內(nèi)，調(diào)整好位置，擰緊固定螺釘。將注液杯與主測杯之間的注液閥順時針關閉，然后把試液（203

4、0mL）倒入注液杯中，擰緊杯蓋。將連接好的主測杯和注液杯放入高溫高壓夜宴膨脹儀的加熱套中，并將兩根輸氣管分別與主測杯的輸入三通閥和注液杯的連通閥桿連接好。6將容柵傳感器放入支架內(nèi)，調(diào)節(jié)表桿位置，使其底部與滑塊接觸，并擰緊固定螺釘；然后將溫度傳感器插入主測杯的孔內(nèi)。7擰緊注液杯上部的放氣手柄,擰緊放氣螺桿，然后打開注液杯的連通閥桿，將連接注液杯的氣體的壓力調(diào)至0.5IMpa；再將主測杯的氣體壓力調(diào)到實驗壓力3.5Mpa。8打開計算機中的測試軟件，設置好采樣時間。9主測杯放入加熱套一定時間后，當溫度達到實驗溫度時，點擊測試軟件上的“清零”和“開始”鍵；打開注液閥，將液體注入主測杯中，迅速關閉注液閥

5、；打開主測杯的放氣螺釘，調(diào)節(jié)主測杯中的壓力至實驗壓力（為減少實驗誤差，上述三個操作最好在10s內(nèi)完成）；則指定溫度、壓力條件下的膨脹實驗正式開始。每隔2min記錄粘土試樣的膨脹量，當膨脹量達到穩(wěn)定時，停止實驗。關閉總氣源閥、主測杯上的放氣螺釘、注液杯的連通閥桿，關閉主機電源；緩慢擰開注液杯上部的放氣手柄，放出其中的氣體；松開減壓閥（連接兩根輸氣管線）。卸下容柵傳感器、溫度傳感器，卸下與注液杯、主測杯相連的管線。將主測杯從加熱套中提出，置于空氣中冷卻（溫度很高時，可用濕布冷卻），至溫度TW40C，松開主測杯的放氣螺釘和注液杯上部的連通閥桿，放掉杯內(nèi)余壓。14確認主測杯和注液杯內(nèi)沒有氣壓后，卸下注

6、液杯杯蓋，松開主測杯上蓋和下蓋的緊固螺釘，卸下主測杯的上、下杯蓋，取出巖樣模，清洗導桿端面以及主測杯內(nèi)壁，擦干后存放。15.整理實驗儀器，處理實驗數(shù)據(jù)。五實驗結果處理要求地層溫度=70C，地層壓力=3.5MPa粘土樣品的初始高度h0=10.30mm粘土膨脹率計算公式：hhE=t亠x100%h0數(shù)據(jù)處理：當t=3.0min時，h-h=0.047mm,to由粘土膨脹率計算公式：e=ht-h000%=004700%=0.456%h5.420其他計算同理可得，將計算得到的數(shù)據(jù)填入表一中表一膨脹率與時間數(shù)據(jù)記錄表時間/min膨脹量膨脹率/%時間/min膨脹量膨脹率/%0.5-0.002-0.019140

7、.2952.8641-0.001-0.010160.3283.1841.50.0040.039180.3593.48520.0150.146200.393.7862.50.0310.301220.4184.05830.0470.456240.4454.3203.50.0640.621260.4714.57340.0790.767280.4974.8254.50.0940.913300.5215.05850.1061.029320.5455.2915.50.121.165340.5685.51560.1341.301360.5925.7486.50.1451.408380.6145.96170.

8、1581.534400.6366.1757.50.171.650420.6566.36980.181.748440.6796.5928.50.1921.864460.6996.78690.2011.951480.7227.0109.50.2122.058500.7417.194100.2232.165520.767.37910.50.2322.252540.787.573110.2412.340560.7997.75711.50.252.427580.8177.932120.2592.515600.8358.10712.50.2692.612130.2772.68913.50.2872.786

9、畫出膨脹率與時間的曲線，如下圖所示。膨脹率與時間的關系曲線O時間t/min由上圖的曲線趨勢可以看出，壓力和溫度（高溫高壓）一定時，泥頁巖的膨脹率隨著時間的增加而逐漸增加。六實驗小結1、粘土的水化膨脹機理（以蒙脫石為例）答：蒙脫石的化學結構式為：A12O34SiO2H2O,粘土礦物中的蒙脫石是由兩層硅氧四面體片夾一層鋁氧八面體片組成。蒙脫石就是由這種片狀結構通過分子間力堆疊而成的，層間表面均為氧層，層間含有K、Na、Ca、nH20等元素。此類結構特點是晶體單元結構層內(nèi)易出現(xiàn)晶格取代（例如硅被鋁取代，鋁被鎂或鐵取代），即晶體單元結構層內(nèi)的陽離子（A13+、Si4+）被其他陽離子（Mg2+、Ca2+

10、、Na+等）部分置換，置換結果造成的第一種情況是正電荷虧損，使晶體結構中因缺少正電荷而出現(xiàn)電價不平衡現(xiàn)象，致使需要結合在晶體外表和晶層間的可交換性陽離子（Mg2+、Ca2+、H+、Na+等）來中和以平衡電價。當蒙脫石與水接觸時，水即可進入蒙脫石的片狀結構之間，引起平衡電價的陽離子在水中解離，形成擴散雙電層，使晶體結構的表面帶上負電。由于帶負電的雙電層之間的斥力，帶負電的片狀結構即將自行分開，產(chǎn)生所謂的粘土膨脹，故蒙脫石屬膨脹型粘土礦物。粘土礦物的膨脹使地層空隙變得更加狹窄，對地層構成嚴重危害。第二種情況是引起電荷不均勻，八面體片內(nèi)的平衡電荷（33%）大于四面體片內(nèi)的平衡電荷（15%）,即陽離子

11、替換后的主要電荷在八面體上，可是它距層間的陽離子遠，吸引力弱，尤其是對水合陽離子更弱。因此，層間可替換的陽離子可自由地進出，為陽離子替換提供了十分有利的條件，又由于相鄰兩晶層為氧原子面與氧原子面相鄰接，層間無氫鍵力，僅是范德華力，聯(lián)系較弱，所以允許這些陽離子帶著大量水分子和其他極性分子進入晶層，表現(xiàn)出明顯的膨脹性。2、粘土礦物的水化膨脹對儲層有哪些損傷？答：（1）粘土礦物水化膨脹會引起儲層發(fā)生水敏現(xiàn)象，水敏性是指巖石與外來水接觸后，其中的粘土礦物發(fā)生膨脹水化、分散脫落、運移，而導致地層滲透率降低的現(xiàn)象。（2）粘土礦物水化膨脹使礦物表面的物質(zhì)脫落分解，隨流體移動，可能會堵塞空隙喉道，不利于采油3、防止鉆井過程中粘土膨脹的措施。答：鉆井過程中選用非水非極性的鉆井液，盡量避開粘土層，在粘土層快速鉆進并用套管隔絕鉆井液和地層。4、黏土礦物水化膨脹的影響因素？答：黏土礦物在不同溫度、壓力和接觸液條件下的水化膨脹特征。結果表明：溫度超過iooc時，溫度對黏土礦物水化膨脹的影響顯著，溫度低于80C時，溫度對黏土礦物水化膨脹的影