页岩膨胀实验

中国石油大学 油 层 物 理 实验报告

实验日期： 2 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：

%1000

⨯-=

h h h E t

式中：

E —膨胀率，%；

H t —粘土样品在t 时刻的高度，mm ； H 0—粘土样品的初始高度，mm 。

粘土样品放主测杯，加热并用气体加压，液体与样品接触，记录h 0。随时间推移，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。

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：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≤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70℃。

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(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。

五、实验结果处理

地层温度=70℃， 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

粘土样品的初始高度h 0=10.66mm

以第一组数据，即t=0.5min 时为例，计算膨胀率： 膨胀量=h t -h 0

根据粘土膨胀率计算公式有：

%385.0%10066

.10041

.0%10000=⨯=⨯-=

h h h E t 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：

图二膨胀率E-时间t曲线图

图形分析：

由图中E-t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。