泥页岩水化膨胀测定新方法

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目录一、概述 (1)二、型号及规格 (1)三、仪器的主要技术参数： (1)四、仪器的结构及工作原理 (2)五、仪器的操作：(图一) (3)六、仪器的维护与保养 (4)七、仪器的运输与储存 (4)一、概述NP型膨胀量测定仪主要是用于检测泥页岩在常温常压条件下其膨胀变化情况的一套简易测量装置，以评定各种处理剂对泥页岩的抑制特性。

二、型号及规格三、仪器的主要技术参数：主要技术参数四、仪器的结构及工作原理该仪器主要由以下部分组成2、测试筒组件：由测试盘、筒体、活塞杆组件组成。

是在测试过程中盛装页岩粉。

4、支架：在测试过程中用来支撑百分表。

5、定位组件：由定位板、挂杯杆组件等组成。

用来固定测试筒。

6、百分表组件：是用来测量膨胀量的测量部件。

7、结构图及明细表(图一)仪器结构图8、工作原理：该装置是将泥页岩粉压实，将处理剂放入盛液杯内，泥页岩膨胀后推动活塞最后由百分表读取膨胀量。

五、仪器的操作：(图一)1.(图一)取出膨胀杯（6），拧下百分表支撑座（5）。

2.把带有滤网的膨胀杯盖（10）拧到膨胀杯（6）上，轻用力旋紧。

把所配滤纸放到膨胀杯内，与滤网贴实。

把页岩粉（装入量自定，最好不低于5克）装入膨胀杯内，轻轻晃平后，再覆上一张滤纸，用压模杆在压力机上压实（所需压力和压合时间由实验要求定）。

压好后，取出压模杆，用小药匙勺刮去着覆在膨胀杯壁的页岩粉(注意不要刮破滤纸)，膨胀岩心制成。

（膨胀杯与岩心制作器为一体，使用方便）3.把膨胀活塞（9）放到膨胀杯里，让活塞头面与岩心滤纸接触，将活塞杆插入百分表支撑座（5）中间导向孔，轻轻把百分表支撑座拧到膨胀杯上。

1.3.4页岩抑制剂实际上，钻井液中所用的所有的处理剂在钻井过程中的主要作用只有两个，一个作用是维护钻井液性能稳定，另一个作用是保证井眼稳定。

这种起稳定井眼作用的处理剂就称之为页岩抑制剂，又称页岩抑制剂。

页岩抑制剂的作用是防止页岩水化膨胀和分散引起的井壁坍塌、破裂和掉块，以防造成钻井事故。

1.3.5.1钻井液和泥页岩的水化作用钻井液对泥页岩的化学作用，最终可以归结到对井壁岩石力学性能参数、强度参数以及近井壁应力状态的改变。

泥页岩吸水一方面改变井壁岩石的力学性质，使岩石强度降低；另一方面产生水化膨胀，体积增加，若这种膨胀受到约束便会产生膨胀压，从而改变近井壁的应力状态。

如何将钻井液对泥页岩的化学作用带来的力学效应定量化，并将其同纯力学效应结合起来研究井壁稳定问题；F.K.Mody 和A.H.Hale 认为，钻井液和泥页岩间存在的活度差驱使钻井液中的自由水进入泥页岩，从而使近井壁地带的孔隙压力增高，岩石强度降低。

井内水进入泥页岩主要受钻井液与泥页岩井壁间的孔隙压力差和化学势差的控制。

钻井液与泥页岩间化学势差引起的孔隙压力变化为：式中：λ-有效半透膜系数，R -气体常数，T -绝对温度，V -水的偏莫尔体积，A S 、A m -分别为泥页岩和钻井液的水活度，P -钻井液液柱压力，P p -远场孔隙压力，∆μ-化学势差。

如果∆μ大于零，即井眼水化学势大于孔隙水化学势，井眼水就可以进入岩石孔隙内，从而使泥页岩吸水后产生水化膨胀，且井壁的孔隙压力增大，岩石的强度降低，不利于井壁稳定。

反之，泥页岩产生解吸脱水，使井壁的孔隙压力减小，岩石强度增大，有利于井壁的稳定。

因此，从活度平衡的理论出发，要求降低钻井液中水的活度。

这可以通过控制调节钻井液中不同盐的含量或使用特殊的处理剂来改变钻井液中水的活度。

钻井液中水的活度可以通过实验来测定出来，而泥页岩中水的活度却较难确定，一般可以通过地层条件下泥页岩的含水量来测定。

具体做法是：用已知不同活度的溶液在恒湿气中与页岩达到活度平衡后（至少静置15天），测定页岩的吸水量，再绘制该页岩的吸水量与其活度的等温关系曲线。

第一章钻井液原材料及处理剂第一节钻井液原材料及处理剂简介第二节钻井液原材料及处理剂质量检验相关参数四、钙离子测试（一）测定意义钻井液原材料及处理剂中钙盐主要作为无机絮凝剂及页岩抑制剂。

首先利用钙盐可以制备抑制型钻井液，在水敏地层，抑制泥页岩的水化膨胀。

其次可以配制化学处理剂，同聚合物配合使用，提高其抗盐、抗钙能力。

此外在钻井液中大量引入钙离子时，可以堵塞岩石细小裂缝，减少漏失。

[王平全, 周世良编著. 北京: 石油工业出版社.2003. 9. 第39页]但是当钙离子过多时，钻井液则会遭受到钙侵，导致分散钻井液立即失去良好的流动性，滤失量剧增，泥饼厚度增加，且结构松散。

[鄢捷年主编.钻井液工艺学.东营:中国石油大学.2001.5.第160页]当污染严重时，会严重影响钻井液的流变和滤失性能，还会加剧对钻具的损坏和腐蚀。

[鄢捷年主编. 钻井液工艺学. 东营: 中国石油大学. 2001.5. 第153页]因此钻井液及钻井液原材料中钙离子的含量的测定具有重要的意义。

（二）测试方法首先钙离子易与钠蒙脱石中钠离子发生离子交换，使其转化为钙蒙脱石，而钙离子的水化能力比钠离子要弱的多，因此钙离子的引入会使蒙脱石絮凝程度增加，致使钻井液的黏度、切力和滤失量增大。

其次钙离子本身是一种无机絮凝剂，会压缩粘土颗粒表面的扩散双电层，使水化膜变薄，电位下降，从而引起粘土晶片面-面和端-面聚结，造成粘土颗粒分散度下降。

[鄢捷年主编. 钻井液工艺学. 东营: 中国石油大学. 2001.5. 第159页]钙离子可通过以下途径进入钻井液即钻遇石膏层，钻遇盐水层，因地层盐水中一般含有钙离子，钻水泥塞，因水泥凝固后产生氢氧化钙，使用的配浆水是硬水，石灰用做钻井液添加剂。

[鄢捷年主编. 钻井液工艺学. 东营:中国石油大学. 2001. 5. 第153页]在钻井液及其材料中对钙离子检测时通常采用乙二胺四乙酸二钠(EDTA)配位滴定法，即在强碱性溶液中用EDTA滴定Ca2+，反应方程式为-2-4+2CaYY+Ca 。

钻井工程井壁稳定新技术井壁稳定问题包括钻井过程中的井壁坍塌或缩径（由于岩石的剪切破坏或塑性流动）和地层破裂或压裂（由于岩石的拉伸破裂）两种类型。

一、化学因素井壁稳定机理：1、温度和压力对泥岩水化膨胀性能的影响：膨润土水化膨胀速率和膨胀量随着温度的增高而明显的提高，尤其当温度超过120℃时，膨胀曲线形状有较大的变化，膨润土的膨胀程度随着压力的增高而明显下降。

2、泥页岩水化在10～24h范围内出现Na＋突然释放现象，阳离子释放总量及Na＋释放所占的比例越高，泥页岩越易分散，就越易引起井塌。

3、PH值水溶液中PH值低于9时，影响不大，PH值继续增加，泥岩岩水化膨胀加剧，促使泥页岩坍塌。

4、活度与半透膜对泥页岩水化的影响水基钻井液可通过加入无机盐降低活度来减缓泥岩水化膨胀；半透膜影响存有争议。

二、各种防塌处理剂稳定井壁机理1、K+防塌机理一是离子交换，另一是晶格固定，对不同类型的泥页岩，其作用方式不相同，随着PH值的增高，混入Ga2+、Na +等离子浓度的增加，会阻碍对泥页岩的固定作用。

钾离子主要对于蒙皂石等高活性粘土矿物起抑制作用。

2、硅酸盐类稳定剂（1）硅酸盐稳定粘土机理：1）主要机理：尺寸较宽的硅酸粒子通过吸附、扩散等途径结合到粘土晶层端部，堵塞粘土层片间的缝隙，抑制粘土的水化，从而稳定粘土，在某些极端的应用条件（如高温、长时间接触等）下，硅酸盐能与粘土进行化学反应长身无定形的、胶结力很大的物质，使粘土等矿物颗粒凝结层牢固的整体。

2）次要机理：负电性硅酸粒子结合到已经预水化的粘土颗粒端部，使其电动电位升高，粘度、切力和滤失量下降，有利于形成薄而韧的泥饼。

（2）硅粒子防塌机理有机硅在泥岩表面迅速展开，形成薄膜，在一定温度下，有机硅中的—Si—OH基和粘土表面的—Si—OH基缩合脱水形成—Si—O—Si—键，在粘土表面形成一种很强的化学吸附作用，同时有机硅中的有机基团有憎水作用，使粘土表面发生润湿反转，从而使泥岩水化得到控制。

膨胀土胀缩总率膨胀土是一种具有特殊性质的土壤，它在吸湿后会发生膨胀，而在干燥时又会发生收缩。

膨胀土的胀缩性质是由其中的粘土矿物引起的，这些矿物在水分作用下会发生体积变化，从而导致土壤的膨胀和收缩。

膨胀土的胀缩总率是指在一定条件下，膨胀土在吸湿和干燥过程中发生的最大体积变化与原始体积之比。

胀缩总率可以用来评估膨胀土的胀缩性能和变形特性，对于土壤工程和土木工程设计非常重要。

膨胀土的胀缩总率可以通过实验室试验或现场测试来确定。

下面是一种常用的实验室试验方法来测定膨胀土的胀缩总率：1. 准备试样：从野外或现场采集膨胀土样品，并将其带回实验室。

将土样进行干燥处理，去除其中的可风化物和有机物质，并破碎成适当的颗粒大小。

2. 预备试样容器：选择一个合适的容器，如试验室用容器或模具，并清洁干燥。

3. 填充试样：将干燥处理后的土样填充到试样容器中，以一定的压实度填充，并记录试样的初始质量和体积。

4. 加水：将试样容器中的土样完全浸泡在水中，保持一定的水头，并记录试样的浸入水中的时间。

5. 测量体积变化：在试样浸水一段时间后，取出试样容器，将试样从容器中取出，并轻轻地去除表面多余的水分。

然后使用体积计或其他测量设备，测量试样的体积变化，并记录下来。

6. 计算胀缩总率：根据测量得到的试样体积变化和初始体积，计算胀缩总率。

胀缩总率的计算公式如下：胀缩总率= (试样最大体积-初始体积) / 初始体积×100%通过以上步骤，可以得到膨胀土的胀缩总率。

需要注意的是，胀缩总率受到许多因素的影响，如土壤的粘土含量、粒度分布、初次压实状态、水头等。

因此，在进行胀缩总率试验时，需要控制这些影响因素，并确保实验条件的准确性和一致性。

膨胀土的胀缩总率对土壤工程和土木工程具有重要的指导意义。

在工程设计中，了解土壤的胀缩性能可以帮助工程师选择合适的基础设计方案、确定地基处理方式，并预测土壤在吸湿和干燥过程中的体积变化，从而减少工程风险和损失。

膨润土膨胀容的测定一实验目的掌握膨润土膨胀容的测定方法和膨润土膨胀容的测定的意义。

二实验原理膨润土试料置于盛有一定浓度盐酸的量筒中，混匀后放置沉降24h，试料形成的沉降物体积为膨胀容。

三试剂盐酸c(HCl)＝1mol／L：取83ml盐酸(ρ1.18g／mL)，用水稀释至1000mL。

四仪器带塞量筒：100mL，起始读数值5mL，最小分度值1mL，直径约25mm。

五测试步骤5.1试料：称取粒径小于0.074mm干燥试样1.00g。

5.2 校正试验：随同试料进行同类型标准试样的测试。

5.3测试。

5.3.1将试料置于已加入50mL水的带塞量筒中，塞紧量筒塞，手握量筒上下方向摇动约300次[有关说明参见附录中(1)]。

5.3.2打开量筒塞，加25mL盐酸(4.1)，加水至100mL刻度，塞紧量筒塞，上下摇动约200次[有关说明参见附录中(1)]。

5.3.3将带塞量筒静置于不受震动的台面上24h，读取沉降物沉降界面的刻度值(精确至±0.5mL)[有关说明参见附录中(2)]。

六测试结果的计算6.1按下式计算膨胀容：S VVm式中：VS——膨胀容的数值，单位为毫升每克(mL／g)；V——沉降物沉降体积的数值，单位为毫升（ml）；m——试料质量的数值，单位为克（g）。

6.2膨胀容计算至一位小数。

膨胀容大于和等于10ml/g时，允许相对误差20％；小于10ml/g，允许绝对误差2ml。

资料性附录（1）优质钠基膨润土的膨胀性能好，摇动分散程度对测定结果有明显影响。

所以，在充分摇散的前提下，应严格控制摇动时间；（2）酸性膨润土的膨胀容有的小于5ml/g。

因量筒无小于5ml刻度，无法准确读数，可以小于5ml/g表示。

陶瓷墙地砖湿膨胀试验方法
1 适用范围
本标准适用于陶瓷墙地砖湿膨胀性能试验。

2 定义
试样吸湿前后的长度变化即为湿膨胀。

3 设备
3.1 长度测量装置如图所示，包手在千分表和用于安装千分安装千分表固定试样的定位装置，精确至0.001mm。

3.2 标准量块，长度与试样相等。

3.3 高温炉一台，工作温度不低于1000℃。

3.4 带调压器的盘式电炉一只。

3.5 游标卡尺一把。

3.6 煮沸容器一只。

4 试样
4.1 以随机抽样的方法抽取五块整砖，从每块整砖的中心部位切取一块试样。

对挤制成型的砖，试样的长度方向应与挤出方向一致。

4.2 试样表面无釉，其两端面应长边垂直。

试样与测量装置接触的面均应加工磨光。

4.3 加工后的试样，最大长度为100mm，最小宽度为35mm。

5 试验步骤
5.1 给试样作出标记，并用标准量块校正测量装置，测量装置的定位要把基准值加到试样上。

5.2 试样放在高温炉内焙烧，升温速率不大于250℃/h，在800℃保温2h后自然冷却至70 ℃取出，置于干燥器内，在室温下保持20h以上，然后测量试样长度，3h后再测一次，精确至0.001mm。

记录每块试样的长度。

泥浆性能的测定方法1.密度测定方法：泥浆密度是指泥浆单位体积所含的固体和液体的质量。

测定泥浆密度的常用方法有静态法、动态法和波浪测量法。

静态法通过称量固体物质和液体的质量以及测量体积来计算泥浆密度。

动态法使用流体传感器或振动传感器，测量流经管道的泥浆质量和体积变化。

波浪测量法通过射线测量泥浆中波浪的传播速度和频率来计算密度。

2.压力损失测定方法：泥浆在油井中运输过程中会产生压力损失。

压力损失测定方法主要有流动试验法、模拟实际工况法和压降法。

流动试验法通过测量泥浆在不同流速下的压力差来计算压力损失。

模拟实际工况法使用挤压泵模拟泥浆的循环过程，测量泵入压力和泥浆排出压力来计算损失压力。

压降法则是通过测量泥浆横流使用的阀门上的压力损失来计算。

3.液相性能测定方法：液相性能主要包括粘度、黏度、流动性等。

测定液相性能的方法主要有停滞试验法、旋转试验法和流体力学试验法。

停滞试验法通过泡沫试管测量泥浆的流变性。

旋转试验法通过旋转式流变仪测量泥浆的黏度和流动行为。

流体力学试验法通过测量泥浆在管道中的扩散和收缩现象来确定其流动性能。

4.固相性能测定方法：固相性能主要包括固相含量、粒度分布和流变性等。

测定固相性能的方法主要有压片试验法、悬浊液分析法和综合分析法。

压片试验法通过测量固相颗粒在不同压力下的变形来判断其强度和稳定性。

悬浊液分析法通过顺序离心法和塑型法来确定固相粒度分布。

综合分析法将多种分析方法结合起来评估固相性能。

5.pH值测定方法：pH值是指泥浆中水溶液的酸碱度。

测定pH值的方法有玻璃电极法、指示剂法和色层温度法。

玻璃电极法通过测量电极在不同pH值下的电势差来计算pH值。

指示剂法通过观察指示剂颜色的变化来判断pH值。

色层温度法通过测量溶液中酸碱指示剂颜色的变化来计算pH 值。

综上所述，泥浆性能的测定方法主要包括密度、压力损失、液相性能、固相性能和pH值的测定方法。

这些方法可以通过实验室测试来评估泥浆的质量和适用性，为油井钻探作业提供参考。

水敏性地层钻探技术研究摘要：地层钻探是地质勘察中的一项重要工作，开展高质量的地层钻探工作，有助于快速、准确地获取地表下的地质资料。

地层钻探中经常遇到储层敏感层现象，其中就包括水敏性地层。

储层孔隙在水分的渗透下会发生变化，严重影响钻探施工进度及质量。

下面以某地区的地质地层情况。

通过实验分析研究等工作，确定了对水敏性地层岩石的矿物组分和微观结构究。

针对当地地层微裂缝多,泥质岩粘土总含量高,地层易吸水膨胀,且膨胀量较大的特点。

在钻探过程中使用了符合当地实际地层情况的钻井液配方。

并通过研究得到具有良好失水量、抑制性和流动性的泥浆冲洗液。

关键词：地质勘探；地层钻探；储层敏感性；水敏性地层，技术研究水敏性是储层敏感性中的一种。

地层中含有蒙脱石、高岭石等矿物成分，在矿物特殊物理化学性质的影响下，若泥浆中水活度过高,就会向井壁中渗透大量水分，泥页岩吸水膨胀或裂解。

这种现象就被称为地层水敏性。

泥页岩的水化。

导致地层内部有不同程度的水化膨胀应力生成。

同时，泥页岩地层中有水进入后，粘土矿物颗粒间的粘结力将被削弱，该地层间的岩石力学强度降低，严重影响了地层结构的稳定性。

储层水敏性带来的上述地层结构问题，将导致水敏性地层区域勘探、开采矿物资源时，极容易出现地层孔壁溶蚀、坍塌、缩径等安全事故。

有调查研究显示，既往各地开展的地质勘察、钻井开采工作中，有超过九成以上的井壁失稳问题，是由于泥页岩的井壁稳定性降低所导致的[1]。

在未来的钻井以及资源开采中，如何合理有效地处理泥页岩的井壁稳定性问题，成为了相关单位工作中的一个重点发展方向。

解决井壁失稳问题，能够协助降低井下复杂事故的发生率，避免井壁坍塌、缩径等事故的频繁出现，让机械钻、测井仪器都能处于正常的工作状态。

这将大大提升勘探开发的速度与安全性[2]。

一、地质与地层资料研究区构造形式主要为断裂和褶皱。

根据错切特征,推断该组断裂以扭性活动为主，大多为左平移断裂，个别断裂后期活动具有张性活动特征。

陶瓷砖—湿膨胀的测定
1.范围
本标准规定了陶瓷砖湿膨胀的试验方法。
2.定义
本标准使用以下定义。
湿膨胀：试样经浸入沸水中处理前后的长度之差。
3.原理
将砖浸入沸水中再加热以促进湿膨胀后测定其长度变化的比例。设备 一个适合
的测量装置，装有一个测微器、千分表，转换机构或类似装置。至少精确到
0.01mm。 装在隔热装置上的长度与试样相等的镍钢（铁镍合金）标准棒。 一
台升温速率达
150℃/h，最高温度为 600℃的炉子，且能控制炉温偏差不超过
±15℃。 游标卡尺或其他适合长度测量的器具，至少精确到 0.5 mm。 煮沸装
置：能保持试样在煮沸的去离子水或蒸馏水中达 24h。

4.试样
试样为 5 块整块。如测量装置尺寸过小而无法测量整砖，应从每块砖的中心部位
切割试样，使其最小长度为 100mm，最小宽度 35mm，厚度为砖厚度。

就挤压夸来说，试样长度应沿挤压方向。
按照测量装置的要求准备试样（4.1）
5.步骤
5.1 焙烧
将试样放入一个升温速率达 150℃/h 的炉子（4.3）里焙烧，并在（550
±15）℃保温 2h。将闭幕式样在炉内冷却。当温度降至（70±10）℃时取出试
样，然后在室温的干燥器内保持 24h 到 32h。如试样在焙烧后发现开裂，另取
不同的砖在缓慢的加热和冷却速率政策是焙烧。