[發明專利]一種測量黏土結合水和力學參數的方法、裝置及黏土制備儀

有效

• 申請號: 201811415981.0
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109283029B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 鄧明毅;張權;謝剛;羅平亞
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/38;G01N1/44;G01N1/36;G01N24/08
• 代理公司: 成都天匯致遠知識產權代理事務所(普通合伙) 51264
• 代理人: 韓曉銀

本發明公開了一種測量黏土結合水和力學參數的方法、裝置及黏土制備儀，其中的測量方法是基于低場核磁共振，具體包括如下步驟：S1、根據實驗需求，制備尺寸不同的多份黏土巖樣；S2、選取低場核磁共振測量參數并設定環境溫度；S3、將黏土巖樣安裝到巖心夾持器，并調整巖心夾持器的實驗參數；S4、調整壓力、濕度和活度參數，區分和測定在一定溫度、壓力、濕度、活度條件下的黏土吸附水類型及含量、力學參數，并動態檢測巖樣不同位置處的力學性能和吸附水量的變化情況。同時也研發了其相關的測試裝置，以及制備實驗對象所需的黏土的裝置。采用本發明所提供的技術方案，能夠有效的實現測試數據的準確和多樣性，達到更好的測試效果。

技術領域

本發明屬于地質勘探開發技術領域，特別是一種測量黏土結合水和力學參數的方法、裝置及黏土制備儀。

背景技術

在當前國內外鉆井過程中，井壁不穩定的問題廣泛存在，且目前尚未得到有效解決，國內在深井、超深井、復雜井的鉆井過程中，鉆井液技術的研究往往通過“試錯法”去尋找解決問題的方案，不僅浪費大量資源，而且有著較大的局限性，形成的處理劑以及體系未系列化，封堵劑和抑制劑的研究及優選很難真正滿足實際鉆井需求。對井壁穩定的研究經歷了從純力學到純化學、力化耦合、多場耦合的研究，到目前為止，大多數學者采用結合力學與化學兩方面定量化的方法來研究泥頁巖井壁穩定性問題。在考慮水化對泥頁巖井壁穩定性影響研究中，大多數學者只在宏觀層面上考慮含水量對巖石力學參數的影響，而且實驗過程中存在誤差，盡管后面又提出大量模型，但由于問題比較復雜，已有研究成果出現不一致的情況，因此需要進一步深化對水化機理研究。對此有研究提出水化對井壁穩定性的影響分為強結合水、弱結合水、自由水含量對力學參數影響的結論。

目前針對泥頁巖與鉆井液發生水化作用的強弱的評價，主要是通過滾動回收率、CST值、頁巖線性膨脹率方法來評價泥頁巖的水化作用，但是這些方法多是定性或者半定量的，方法存在一定的局限性，對泥頁巖水化機理研究不夠透徹，有時實驗所得結果偏差較大，無法準確評價。因此，通過定量化研究泥頁巖的水化作用，建立定量化的評價方法，為力學-化學耦合模型提供定量化的參數，同時對定量評價抑制劑的抑制性能，建立抑制劑性能的評價方法具有重要意義。

泥頁巖的水化作用實質上是泥頁巖中黏土的水化作用。黏土-水體系中有強結合水、弱結合水、自由水三種類型的水。目前已知黏土礦物在不同的水化階段吸附的結合水有著不同的結構和性質，從質和量方面理解是黏土和水有著不同的連結形式。深入研究黏土結合水，包括定性定量研究黏土結合水、測定黏土-水體系下的力學參數，對進一步了解黏土的水化作用，和定量化研究泥頁巖水化作用具有重要意義。

目前測定黏土結合水的方法有很多，如：介電常數法，紅外光譜法，熱分析法，容量法，離心沉降法，核磁共振法。但目前的各種測定黏土結合水的方法之間也都存在一定的局限性，比如容量法測量精度不夠，離心沉降法只能估算，紅外光譜法可定性確定黏土結合水的存在形式，熱分析可定量分析黏土總結合水，介電常數法測量結合水的計算模型影響較大等。低場核磁共振方法能夠快速、直觀、定性區分黏土結合水的類型和定量測量黏土結合水。施加高溫高壓能夠盡可能模擬地層環境，能夠使測量結果更加接近于真實的地下數據，但現有的基于核磁共振方法的實驗裝置難以在施加高溫高壓條件下區分黏土的吸附水類型、測量黏土結合水，且不能動態監測其黏土表面吸附了幾層水分子，無法在定性定量測量黏土結合水的同時測量黏土的力學參數。

同時，現階段關于人工巖樣的制備方法也有很多，然而關于如何將純的黏土制備成巖樣的制備方法鮮有描述。一般人工巖樣的組成當中除了含有黏土之外還含有其它非黏土礦物等物質，通常，物質的組成不同必然導致制備的工藝存在巨大的差別。另外，現有的壓制巖樣的機器和裝置無法滿足壓制各種不同尺寸大小的巖樣。