中国石油大学(华东)油层物理实验报告 页岩膨胀实验

页岩膨胀实验一、实验目的1．了解高温高压泥页岩膨胀仪的结构、工作原理及使用方法；2．掌握粘土矿物吸水膨胀的机理及膨胀率的计算方法。二、实验原理粘土矿物在高温高压下与水接触开始膨胀，随着时间的增加，膨胀量增大。不同时刻的膨胀量除以粘土样品的初始高度可得该岩样在不同时刻的膨胀率。当膨胀量达到稳定时，可求最大膨胀率。（1）膨胀率计算公式00100%thhEh式中，E—膨胀率，%；mm；0h—粘土样品的初始高度，mm；th—粘土样品在t时刻的高度。（2）防膨率计算公式%100)(21EEB式中，B—防膨率，%；1E—未经处理过的粘土的最大膨胀率，%；2E—处理过的粘土的最大膨胀率，%。三、实验流程图1高温高压泥页岩膨胀仪流程图1-压力表；2-放气手柄；3-销钉；4-放气螺钉；5-容栅传感器；6-连通阀杆；7-注液杯；8-注液阀；9-输入三通阀；10-导杆；11-温度传感器；12-主测杯；13-粘土样品；14-岩样模；15-加热套；16-温控仪四、实验操作步骤1、样品制备a)样品烘干将土样或泥页岩样粉（过100目筛）在105℃条件下烘干4小时以上，冷却至室温，放置于干燥器内备用。b)样品压制○1将带孔托垫放入模内，上面放一张滤纸，用游标卡尺测量深度h1；○2用天平称取5～10g样品装入压模内，用手拍打压模，使其中样品端面平整，并在表面再放一张滤纸；○3将压棒置于模内，轻轻左右旋转下推，与样品接触；将组好的岩样模置于油压机平台上，加压至4MPa，5分钟后泄压；取出压棒，倒置压模，倒出岩样表层的土样，用游标卡尺测量深度h2，至此岩样制好，岩样长度h0=h1-h2。2、膨胀率测试a)将制备好的粘土试样(同岩样模一起)从主测杯底部装入主测杯内，同时注电源109开关测温12345678111213141516氮气瓶计算机意主测杯底部放置密封圈，紧固主测杯下6个固定螺钉。b)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；将滑块往下推移，确保滑块接触到试样。c)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。关闭注液杯的连通阀。d)将连接好的主测杯和注液杯放入加热套中，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，插上销钉。e)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。f)然后将温度传感器插入主测杯的孔内。g)拧紧注液杯上部的放气手柄，拧紧主测杯的放气螺钉，然后打开注液杯的连通阀；打开总气源阀，调节减压阀：（1）将连接注液杯的气体压力调至0.5~1Mpa；（2）将主测杯的气体压力调实验压力3.5Mpa。h)打开计算机中的测试软件，设置好采样时间。i)打开电源开关，设置加热温度。j)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到实验压力(为减少实验误差，上述三个操作最好在15s内完成)；则指定温度、压力条件下的膨胀实验正式开始。k)记录不同时间粘土试样的膨胀量，当膨胀量达到稳定时，停止实验。l)关闭总气源阀，旋紧主测杯上的放气螺钉，关闭注液杯的连通阀，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)，卸下与注液杯、主测杯相连的管线。m)卸下容栅传感器，卸下温度传感器。n)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，松开注液杯上部的连通阀，打开注液阀，放掉杯内余压。o)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。p)整理好实验仪器。五、实验数据处理1.列出所测时间膨胀量以及计算得膨胀率表1时间膨胀量以及计算得膨胀率汇总表时间/min膨胀量/mm膨胀率时间/min膨胀量/mm膨胀率0.5-0.003-0.0487%13.50.345.5195%1-0.003-0.0487%140.3595.8279%1.5-0.004-0.0649%160.4316.9968%2-0.004-0.0649%180.4998.1006%2.5-0.005-0.0812%200.5649.1558%3-0.007-0.1136%220.62610.1623%3.5-0.007-0.1136%240.68611.1364%4-0.007-0.1136%260.74312.0617%4.5-0.008-0.1299%280.79712.9383%5-0.008-0.1299%300.8513.7987%5.5-0.011-0.1786%320.90314.6591%6-0.011-0.1786%340.95215.4545%6.5-0.01-0.1623%360.99916.2175%70.0080.1299%381.04616.9805%7.50.0621.0065%401.08917.6786%80.0140.2273%421.13118.3604%8.50.060.9740%441.17319.0422%90.1021.6558%461.21319.6916%9.50.1362.2078%481.25320.3409%100.1672.7110%501.2920.9416%10.50.1963.1818%521.33121.6071%110.2243.6364%541.36622.1753%11.50.2484.0260%561.40422.7922%120.2734.4318%581.44123.3929%12.50.2974.8214%601.47723.9773%130.3185.1623%以46min时为例，计算页岩膨胀率：01.213=100%=19.6916%6.16hEh2.绘制膨胀率—时间曲线4分9分14分19分24分29分34分39分44分49分54分59分0.000.050.100.150.200.25膨胀率时间图2膨胀率—时间曲线3.结果分析（1）在实验初始阶段（0~6min），测得岩石膨胀率一直为负值，并且其大小一直变小。分析其原因，由于水没有加进去，导致岩石并未膨胀，反而在3.5MPa压力下，岩石一直在压缩，故出现膨胀率随时间不升反降的走势。（2）在6min时将气体压力撤除，并且整理仪器时振动容栅传感器，因此在6~7.5min岩石膨胀性升高。（3）在7.5min时通入水，并加压至3.5MPa，并清零，岩石膨胀率降至零。（4）在8min后正常工作，岩石随时间的进行而膨胀率增大。4.绘制从8min后正常工作的膨胀率时间曲线4分9分14分19分24分29分34分39分44分49分54分59分0.000.050.100.150.200.25膨胀率时间图3校正后膨胀率—时间曲线通过该曲线我们可以看出随时间的推移，岩石的膨胀率逐渐增大，但是增长速度渐渐趋于平缓，这是因为随着膨胀的进行，膨胀率变得不再那么敏感。