泥页岩膨胀性测定实验

钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀能力评价方法论文题目：钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀能力评价方法摘要：本文通过实验和理论分析，提出了一种钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀能力评价方法。

该方法通过分析钻井液的滤液对泥页岩水化膨胀的抑制效果，评价钻井液对泥页岩的稳定性，从而优化选用合适的钻井液以降低泥页岩水化膨胀风险。

实验结果表明，该方法能够在一定程度上预测泥页岩的水化膨胀能力，并为钻井液选择提供参考。

关键词：钻井液；滤液；泥页岩；水化膨胀；评价方法1. 引言随着石油工业的发展，页岩气和页岩油的开发越来越受到重视。

然而，泥页岩中存在大量的粘土矿物，并且具有高度的吸水性，容易导致水化膨胀，给页岩的钻井、压裂和回采等工艺带来较高的风险。

因此，研究如何降低泥页岩的水化膨胀，提高钻井过程的安全性和效率，成为石油工业关注的重点。

钻井液作为钻井过程中的重要介质，具有润滑减阻、冷却清洗、支撑井壁等多种功能。

选择合适的钻井液并掌握其性能可以降低泥页岩水化膨胀风险，提高钻井过程的安全性和效率。

目前，国内外对钻井液选择的研究已有很多，但对其抑制泥页岩水化膨胀能力的研究还相对较少。

本文通过实验和理论分析，提出了一种钻井液滤液抑制泥页岩水化膨胀能力评价方法，以期为钻井液选择提供参考。

2. 研究方法2.1 实验样品本实验采用的泥页岩样品取自国内某页岩气藏，经过筛分和干燥处理，研磨成100目左右的粉末，过筛后得到符合要求的样品。

钻井液样品为某钻探公司选用的泥页岩钻井液，指标正常。

2.2 实验步骤在实验过程中，首先采用X射线衍射仪(XRD)分析泥页岩中各类粘土矿物质，确定其矿物组成。

然后根据Giorgi方法，制备不同浓度的钙离子标准水溶液，以调节泥页岩样品中Ca2+浓度，利用激光粒度分析仪(LPS)测试不同Ca2+浓度下泥页岩的粒度分布。

接着，将制备好的钻井液样品加入泥页岩样品中，分别制备不同浓度的稀释液。

在摇床上进行震动，使钻井液和泥页岩混合均匀，然后离心取滤液。

粘土岩水化膨胀因素试验研究摘要：在石油天然气钻井、基础工程钻掘及其他遇到泥岩、页岩、粘土等地层钻进时，常常会造成井壁失稳、井眼缩径、坍塌和储层损害等，通常我们把这些现象和膨胀联系起来，而在含粘土矿物较高的软弱岩层中，受到不同程度破坏的现象更为突出。

粘土水化膨胀的评价方法主要是吸水量法和膨胀量法，本文以膨胀量法为主，在模擬地层温度和压力的环境下，对粘土岩水化膨胀的因素进行了试验。

试验表明，在一定条件下，升高温度，增大粘土岩的水化膨胀速度，最终的膨胀量却是相同的；随着压力的增大，膨胀量会趋于变小。

关键词：粘土岩；水化膨胀；温度；压力1 室内试验研究1.1主要设备和材料自由膨胀率试验仪、岩石粉碎仪、电子天平和温度计，其中试验仪需要满足零到一百八十摄氏度的控温范围标准，并且控温灵敏度是正负一摄氏度。

电热烘箱的控温范围要求在零到三百摄氏度之间，电子天平的精度是0.0000。

原材料选用的是粘土岩及地层水。

1.2实验步骤在进行实验的过程中，需要按照相关标准操作，首先就要将粘土岩打磨到100目以内，或采用尺寸为0.15mm标准的孔筛进行筛料，再将打磨烘干好的粘土岩粉末置于天平上，称取8g的粉末作为实验用料，并采用压力机进行五分钟的0.01pa加压，最后再将它放到膨胀试验仪中，加入地层水，并测定4h 的线性膨胀率。

2 水化膨胀影响因素实验2.1与温度关系的实验在进行温度对水化膨胀影响实验的过程中，需要在常压的环境下设定不同的温度条件，并随着时间变化进行观察，最终得出试验数据和结论。

在实验中将温度设置为从20到100摄氏度依次递增的范围内，并模拟出地层水的环境，将实验材料放置其中随着时间推移观察变化，从图示可以看出，温度条件下粘土岩水化分散膨胀率的变化是极其显著的，尤其是在实验初始阶段的1h之内，随着时间的增加而变化的，温度愈高膨胀率越明显，在整个实验的过程中是一直呈现上升状态的，其中位于2h的实验阶段趋于平衡，之后随着实验时间的延长，变化的速度逐渐减慢并趋于相同。

GWY-01型页岩膨胀测试仪操作规程1、目的为了规范GWY-01型页岩膨胀测试仪的操作程序，确保操作人员正确合理使用，维护设备安全，制定本规程。

2、适用范围本规程适用于GWY-01型页岩膨胀测试仪的仪器操作。

3、试验准备：3.1将试样岩心或膨润土，粉碎、烘干、筛分（100目-325目）收存备用。

3.2蒸馏水或配制所需试验溶液。

3.3制备Φ24mm的滤纸圆片数张备用。

3.4检查气源、液压源应满足试验要求。

3.5将仪器面板上所有阀关闭。

3.6微机部分的操作参照相应说明执行。

4、操作规程：4.1低压试验 (0-4.5MPa)a.系统上电，调整温控器设定温度比实验温度低5℃-10℃。

b.取测试杯，拧下阀杆，在测试杯下端放一张圆片滤纸，称量岩心试样或膨润土10.00g，倒入测试杯内，在岩心试样或膨润土上部再放一张圆片滤纸。

c.将柱塞插入测试杯，注意柱塞钢体不要摩擦测试杯内壁，摆放好垫块，把测试杯置于其上，打开进油阀，使柱塞与测试杯保持垂直，用加压泵缓慢加压，使表压稳定在4MPa (或根据试验要求选择制样压力) , 如有下降，缓慢补充，保持5分钟。

取出测试杯，小心旋下柱塞。

d.把位移传感器的测杆向上插入传感器，安装测试杯，测试杯采用橡胶圈密封，用手力旋紧即可。

e.取储液杯，加入试验溶液，液面到螺纹下约5mm处，储液杯采用橡胶圈密封，用手力旋紧即可。

f.将加热套上移至顶部，用锁紧钮固定，从加热套下部插入阀杆用扳手拧紧。

g.连接气源管线至仪器后部气压源接头，打开气瓶和减压器阀，打开前面板左侧进气阀，给测试系统加压，应低于试验压力(一般为3.5MPa)。

h.调节温控制器，达到要求的实验温度，待温度稳定后，调节压力达到要求试验压力。

i.数据采集系统工作在DOS模式下，在开机菜单中选2进入测试状态，显示仪器铭牌，按下Alt+F5组合键，选取五笔输入法，按照屏幕提示输入即可，一般取试验时间8h，位移量程10mm, 用仪器主机上部调节杆调整零点。

一、实验目的本次实验旨在研究膨胀土在不同条件下的压力特性，了解其压力分布规律，为膨胀土工程设计和施工提供理论依据。

二、实验材料1. 膨胀土样品：采集自某地膨胀土层，样品经过风干、筛分，粒径小于2mm。

2. 实验仪器：压力试验机、土样制备设备、量筒、天平等。

三、实验方法1. 土样制备：将采集的膨胀土样品进行风干、筛分，按照一定比例混合均匀，制备成满足实验要求的土样。

2. 土样饱和：将制备好的土样放入量筒中，加入蒸馏水，使土样充分饱和。

3. 压力测试：将饱和土样放入压力试验机中，按照预定的压力等级进行加载，记录不同压力下土样的变形和破坏情况。

四、实验步骤1. 将制备好的饱和土样放入压力试验机中，调整试验机至初始压力。

2. 逐步增加压力，记录每个压力等级下土样的变形和破坏情况。

3. 持续加载至土样破坏，记录破坏时的压力值。

4. 分析实验数据，得出膨胀土的压力特性。

五、实验结果与分析1. 实验结果| 压力等级 (kPa) | 变形量 (mm) | 破坏情况 || --------------- | ------------ | -------- || 50 | 0.5 | 无破坏 || 100 | 1.0 | 无破坏 || 150 | 1.5 | 无破坏 || 200 | 2.0 | 无破坏 || 250 | 2.5 | 无破坏 || 300 | 3.0 | 破坏 |2. 分析（1）从实验结果可以看出，在压力等级较低时，膨胀土样品表现出良好的抗压力性能，变形量较小，无破坏现象。

（2）随着压力等级的增加，膨胀土样品的变形量逐渐增大，但破坏现象并未明显出现。

（3）当压力等级达到300kPa时，膨胀土样品出现破坏现象，表明此时土样已达到其抗压极限。

六、结论1. 膨胀土在较低压力等级下具有良好的抗压性能，变形量较小，无破坏现象。

2. 随着压力等级的增加，膨胀土的变形量逐渐增大，但破坏现象并未明显出现。

3. 膨胀土的抗压极限压力约为300kPa。

膨胀岩室内试验方案1.膨胀岩室内试验内容(1) 膨胀岩的的基本物理指标：密度ρ、干密度d ρ、重度λ、孔隙率n 、含水量ω、塑限pω液限L ω、最大干密度max ()d ρ、最优含水量y ω、颗粒组成（平均粒径、不均匀系数）、渗透系数k(2) 膨胀岩的力学指标：自由膨胀率s F 、膨胀含水率H ω、凝聚力c 和内摩擦角ϕ值、单轴抗压强度P2.试验原理和试验方法(1)密度ρ：指膨胀岩单位体积的质量。

本试验采用环刀法。

试验仪器：环刀：内径6—8cm ，高2—3cm ；台秤：称量500g ，感量0.01g ； 其他：切土刀、凡士林等试验步骤：ⅰ按工程所需取原状土或软岩，整平其两端，将环刀内壁涂抹一层凡士林，刃口向下放在土样上。

ⅱ用切土刀将土样削成略大于环刀直径的土柱。

然后将环刀垂直下压，边压边削，直到土样伸入环刀为止。

将两端余土削平，取剩余的的代表性土样测定含水量。

ⅲ擦净环刀外壁称量，称出环刀与试样总重量，在减去环刀的重量即试样重量。

试样的体积即环刀内的体积。

按下式计算密度ρ和干密度d ρ：mvρ=10.01d ρρω=+式中： m — 试样质量 v — 试样体积 ω—试样含水量（2）重度γ：指膨胀岩所受的重力与膨胀岩的总体积的比值。

它可以通过膨胀岩的密度计算出来。

1010γρρ=⨯=（3）含水量ω：指膨胀岩在100—105℃下烘干到恒量是所失去水的质量与达到恒量后土颗粒质量的比值。

可以通过烘干法测得。

试验仪器：烘箱；天平：称量500g ，感量0.01g ；碎土刀；称量盒。

试验步骤：ⅰ取代表性试样15—30g ，放入称量盒内，立即盖好盒盖，称量结果为湿土与盒的质量，在减去盒子质量就是湿土质量。

ⅱ打开盒盖将试样和盒子放入烘箱内烘烤，在温度100—105℃下烘干至恒量。

ⅲ将烘干后的试验和盒子取出，盖好盒盖，称量干土与盒子重量，减去盒重即为干土重量。

按下式计算含水量：(1)smm ω=- 式中，m — 湿土质量 s m — 干土质量(4) 塑限p ω：土由可塑状态过渡到半固体状态的界限含水量。

泥岩膨胀机制及其发展规律研究泥岩作为软岩在我国分布极为广泛,我国高铁运营里程的不断增加不可避免的要跨越泥岩地区,目前对泥岩吸水膨胀引起的危害性认识不足,出现了大量由于泥岩吸水膨胀引起的路基上拱病害问题,给高铁运营带来了极大的挑战。

主要原因是膨胀影响因素不明确以及缺乏行之有效的试验手段、评价方法。

因此,对泥岩膨胀机制及其发展规律的研究不论是对设计、施工还是既有线的运营都有着极其重要的理论与现实意义。

本文针对引起高速铁路路基上拱变形的泥岩膨胀问题进行研究,开展了室内试验研究了泥岩的膨胀特性;通过研制的泥岩膨胀体变测量仪,研究了泥岩不同应力条件下的吸水膨胀规律;通过泥岩岩块与泥岩粉末的膨胀试验和扫描电镜试验揭示了考虑泥岩结构强度的吸水膨胀机理;分析了泥岩吸水膨胀过程中的能量转换问题,提出了考虑泥岩结构强度的膨胀模型;结合提出的考虑水分作用的泥岩地基路基上拱变形计算方法,分析了泥岩地基路基上拱变形特征。

主要取得了以下研究成果:(1)获得了泥岩在不同应力约束条件下的膨胀变形规律,并提出修正膨胀模型。

泥岩吸水产生的膨胀体变与其吸收的水分呈线性关系;围压与膨胀体变峰值之间存在明显的对数函数关系;引入自由膨胀率的修正Huder-Amberg膨胀模型能准确描述泥岩不同应力约束条件下体积膨胀变化规律。

(2)明确了泥岩吸水膨胀的能量转化过程。

泥岩吸水膨胀过程是一个能量释放过程,所释放的能量一部分用于破坏其内部结构,另一部分用于对外做功产生膨胀;基于能量原理,建立了考虑泥岩结构强度的膨胀判别模型,泥岩粉末膨胀产生的潜在膨胀应变能等于泥岩岩块膨胀产生的膨胀应变能与其结构应变能之和。

(3)提出了同时考虑粉末膨胀和岩块强度的泥岩膨胀试验与评价方法。

对于泥岩岩块的膨胀判定,应同时进行单轴抗压强度试验、岩块粉末浸水膨胀试验,通过其结构强度应变能、粉末膨胀势能对泥岩岩块的膨胀性进行判定;当粉末膨胀势能大于结构强度应变能时,岩块就会表现为膨胀。

黑色页岩遇水膨胀微观特征试验研究
黑色页岩遇水膨胀微观特征试验研究是一项关于页岩在水溶液中的膨胀行为的重要研究领域。

它可以对页岩材料的特性及其处理过程有所帮助，从而为相关行业提供值得关注的方面。

本文将介绍有关黑色页岩遇水膨胀微观特征试验研究的内容。

首先，从宏观角度来看，黑色页岩遇水膨胀试验旨在研究页岩中渗入水所产生的物理变化。

通过对黑色页岩试样的宏观水平分析，可以获得它的室内压缩、抗压强度、耐久性等宏观性能的数据。

通过这些数据，可以知道黑色页岩在接触水溶液时，其强度、稳定性及结构保持得如何，以及它们会产生怎样的局部水分膨胀变形等。

其次，从微观角度来看，黑色页岩遇水膨胀微观试验研究的目的是了解页岩结构的局部变化情况。

为此，需要使用显微观察技术（如扫描电子显微镜或正电子显微镜），仔细观察页岩中的结构、裂缝、变形情况等。

同时，需要进行X射线衍射实验，获取页岩在室内水溶液中的结晶变化，以及在室外暴露
环境中对其膨胀效应的监测。

最后，利用上述试验数据，结合模拟计算技术，有助于深入理解页岩中渗水过程中的物理、化学及力学特性，并为相关行业提供有价值的建议和保障。

以上就是关于黑色页岩遇水膨胀微观特征试验研究的内容介绍。

通过有效的宏观及微观实验，分析不同条件下页岩的室内水膨胀行为，有助于掌握页岩礁的岩石力学特性，有助于提高行业的相关环境安全性和能源资源的利用率。

《泥、页岩》实验指导实验类型：验证实验学时：4实验要求：必修一、目的掌握泥、页质岩手标本和粉砂岩簿片观察鉴定及其命名方法；了解一般粉砂岩的成分和结构特征。

二、内容和要求手标本：①高岭石粘土岩；②碳质页岩；③钙质页岩；④泥岩；⑤硅质页岩；⑥油页岩。

簿片：钙质页岩。

要求掌握一般泥质岩手标本鉴定要点，学会几种重要泥质岩的手标本鉴定和命名方法；详细观察钙质页岩薄片，给出手标本和薄片的详细鉴定报告。

三、提示1．手标本的观察自然界中的泥质岩大多是复成分的，发育页理时可称页岩，无页理时可称泥岩；进一步可按颜色或混入物(非粘土成分)命名；单成分泥质岩可称粘土岩，自然界中相对较少。

蒙脱石粘土岩遇水急剧膨胀而后崩解是它独特的鉴别标志。

高岭石粘土岩手感极为油腻，吸水不膨胀，颜色以白或浅淡的灰、红色多见。

水云母粘土岩则多为浅绿色。

2．薄片观察泥质岩石的镜下观察不做为重点观察内容，注意掌握粘土矿物的镜下的特征，另需注意碎屑混入的成分、含量。

四、思考题1．在手标本上如何区分粉砂岩和泥质岩?2．比较粉砂岩和砂岩在成分和结构上的异同。

3．为什么粉砂岩比砂岩更富含碎屑云母？4．粉砂岩中碎屑云母的沉积定向排列和杂乱排列反映了何种沉积作用差异?五、实验报告1．手标本观察：①岩石的颜色（湿时和干燥时的变化）；②物理性质：硬度、比重、滑感、可塑性、断口粘结性及在水中泡软程度、膨胀性及污手等；③肉眼可见的混入物及其含量，有无生物化石；④岩石的构造特征。

标本号特征描述岩石定名2．薄片观察：砂岩的结构、构造以及碎屑、杂基和胶结物的成分及含量、碎屑形态、分选性、胶结类型及次生变化等特征。

薄片：结构：构造：化石：粘土矿物名称含量％主要光性特征碎屑混入物(成分、大小、圆度等)偏光倍名称含量％主要光性特征次生变化现象：特殊鉴定标志：岩石命名：产地：薄片：结构：构造：化石：粘土矿物名称含量％主要光性特征碎屑混入物(成分、大小、圆度等)偏光倍名称含量％主要光性特征次生变化现象：特殊鉴定标志：岩石命名：产地：。

膨胀土试验研究报告
标题：膨胀土试验研究报告
研究目的：
本试验旨在研究膨胀土的力学性质和膨胀特性，为土木工程中对膨胀土进行设计和处理提供科学依据。

试验方法：
1. 采集膨胀土样品，并进行初步性质分析；
2. 进行膨胀土的试验前制备工作；
3. 进行不同试验参数下的膨胀土试验，包括密度试验、含水率试验、液限试验、塑限试验、单轴压缩试验等；
4. 分析试验数据，并得出膨胀土力学性质和膨胀特性的结论。

实验结果：
通过上述试验，得出以下实验结果：
1. 膨胀土的密度与含水率呈负相关关系，即密度增加时，含水率减小；
2. 膨胀土的液限与塑限呈正相关关系，即液限增加时，塑限也增加；
3. 膨胀土的单轴压缩曲线呈现典型的弹塑性特性，即开始阶段沿弹性线性变形，随着围压增加进入塑性变形，最后趋于稳定；
4. 膨胀土的围压对单轴抗压强度有一定的影响，随着围压增加，抗压强度逐渐增加；
5. 当含水率过高时，膨胀土容易产生塑性变形和膨胀现象；
6. 膨胀土的膨胀系数与含水率、固结度、液限等因素有关，不同条件下的膨胀系数差异较大。

结论：
根据以上实验结果，可以得出以下结论：
1. 膨胀土的力学性质与含水率、密度、液限等因素密切相关，需在设计和处理过程中综合考虑；
2. 在工程实践中，应根据实际情况选择合适的处理方式，防止膨胀土产生塑性变形和膨胀现象；
3. 膨胀土的固结度和含水率应控制在合理范围内，以保证土体的稳定性和工程质量。

4. 膨胀土的膨胀系数是进行膨胀土处理及设计的重要参数，需要根据实际情况进行准确分析和计算。

参考文献：参考文献省略。

而原位膨胀土的颗粒在长时间的超固结作用下结合非常紧密，孔隙小，所以干密度大[3]。

1.3制备试样从工程施工现场取回经过扰动的土样后，采取风干的方法进行处理，并将风干的土样碾散。

用于击实试验的土样要过筛孔为5.0 mm 的方孔筛，剩余的土样则过筛孔为2.0m m的方孔筛。

随后将土样拌合均匀后，对其风干含水率进行测定。

在力学试验开始前，从土样中取一定的量，根据试验要求的含水量配水。

于室温条件下静置48h，使土料中的水分均匀分布后，再次拌合均匀。

据此对土样的最终含水率进行测定。

相关试样采用压样法制备，试样同高，但直径有所区别，其中用于剪切试验的试样直径依次为6.40392024.02 |c m和6.18c m，浸水试样的面积为50c m²。

试样制备的过程中，依据环刀容积，结合规定要求的干密度与含水率，对试样的湿土用量进行计算。

随后倒入压样器中，通过静压力将土样压入压样器的环刀内。

从压样器中取出土样后称其重量。

采用击样法制备三轴增湿试验的试样，其直径为3.91c m，高度为8.0c m[4]。

在对试样进行制备的过程中，计算是非常重要的一个环节，本次需要计算的是湿土的实际用量，计算的主要依据为压样法中的环刀容积和现行规范标准要求的干密度与含水率等。

为确保试样本身的均匀性，采用四等份的方法称量试样。

分别将称好的试样装入到预先准备好的用于击实操作的试筒内，并按照相关规范标准中给出的操作要求将试样分为多层，一层一层击实，击实一层之后，应对该层的表面做凿毛处理，并检查凿毛的效果，确认满足规定要求后，继续加入下一层土料，如此循环往复，直至整个击实操作完成为止，随后将试样整平并称量，其密度差值应当不超过0.02g/c m3。

1.4试验类别在增湿过程中，膨胀土会发生变形，其强度也会随之发生改变。

膨胀土的改变过程有一定的规律可循，为进一步了解并明确膨胀土的变化规律，可按照相关规范标准和规程的要求进行侧限压缩浸水试验，并在改制的直剪仪上完成增湿直剪试验。

泥岩在不同水化学环境下的膨胀变形规律1. 引言1.1 概述泥岩是一种常见的沉积岩石，由于其良好的工程性质和广泛应用，引起了广泛的研究兴趣。

其中，泥岩的膨胀变形特性在工程领域具有重要意义。

随着地下工程建设的不断发展和扩展，对于泥岩在不同水化学环境下膨胀变形规律的研究已成为一个热点问题。

1.2 研究背景过去的几十年中，关于泥岩膨胀行为的研究主要集中在中性水化学环境下。

然而，在实际工程项目中，由于含水体系和岩土接触长期受到不同类型水化学环境的影响，因此需要深入了解泥岩在不同水化学环境下的膨胀变形规律。

1.3 研究意义通过全面了解泥岩在不同水化学环境条件下的膨胀变形规律，可以为地质灾害评估、地下工程设计以及桥梁、隧道等土木结构物设计提供重要依据。

此外，该信息对于开展泥岩膨胀特性的数值模拟研究也具有重要意义。

总之，本文旨在分析和论述不同水化学环境下泥岩的膨胀变形规律。

首先介绍了泥岩的基本特性，包括其成分、结构以及水化学性质。

然后，详细探讨了泥岩在中性、酸性和碱性水化学环境下的膨胀规律。

接下来，通过实验研究与数据分析，进一步验证并解释了不同水化学环境对泥岩膨胀行为的影响。

最后，给出结论和展望，展望未来在这个领域进行深入研究所需关注的问题和方向。

2. 泥岩的基本特性:2.1 成分和结构:泥岩主要由粘土矿物、碎屑颗粒和有机质等组成。

其中，粘土矿物是主要的成分之一，其含量通常在30%到50%之间。

常见的粘土矿物有膨润土、伊利石和高岭石等。

此外，泥岩中还包含一些非骨架型颗粒，如石英、长石和云母等。

这些颗粒与粘土矿物共同构成了泥岩的骨架结构。

2.2 水化学性质:泥岩的水化学性质是指其在水环境下的化学反应特性。

当泥岩与水接触时，会发生吸水膨胀过程，这是由于泥岩中的粘土颗粒具有吸湿膨胀的特性所致。

此外，泥岩还能通过电解质离子交换来吸附溶液中的离子，从而影响其力学行为。

2.3 膨胀变形机制:泥岩在不同水化学环境下具有不同的膨胀变形机制。