[发明专利]一种定量测定页岩插层剂抑制黏土表面水化能力的评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于油气田钻井作业中，钻遇富含黏土矿物的地层中，定量测定页岩插层剂抑制黏土表面水化能力的评价方法。

背景技术

页岩气是世界上已进行商业开发的一种重要的非常规天然气资源。我国页岩气开发尚处于起步阶段，目前主要在四川盆地及其周缘开展开发试验。四川盆地的储层是硬脆性的页岩，层理、微裂隙较发育，易水化分散，在页岩气钻井过程中易发生剥蚀、掉块等严重的井壁失稳问题。井壁不稳定经常导致井壁坍塌、缩径、卡钻等问题，增加了钻井时间和钻井成本。75％的井壁不稳定主要发生在泥页岩地层，特别是水敏性地层。针对页岩气的成藏特征，水平井已成为页岩气开发的主要钻井方式。与常规水平井相比，页岩水平井水平段较长，一般介于1000～2000m，钻井液与地层接触的时间增加，页岩水化更加严重。

目前国外60～70％页岩气水平井采用油基钻井液体系，国内完成的页岩气水平井绝大多数采用油基钻井液体系，油基钻井液具有井壁稳定性好、抑制能力强的优点，但存在不环保、成本相对较高等缺点。水基钻井液恰好能克服油基钻井液的缺点，但现阶段的水基钻井液对泥岩或强水敏性页岩地层的抑制仍然存在问题，需要有针对性地深入研究。泥页岩水化的实质是泥页岩中黏土矿物的水化膨胀。现阶段的商业化抑制剂能抑制渗透水化膨胀，延长水化作用时间，但还没有抑制表面水化的抑制剂。

现阶段对井壁稳定的研究手段和实验方法还存在不同程度的局限性，缺乏系统深入的定量化研究，难以确定钻井液水化作用下合理安全密度窗口，不能满足防塌技术定量优化研究的需要。现阶段对泥页岩与钻井液接触后水化作用的强弱的评价，主要依靠滚动回收率、页岩线性膨胀率、CST值以及泥页岩分类方法来评价泥页岩水化，但是这些方法大多是定性或者半定量的，有时还会得到相反的结论。文献《黏土结合水的热分析定量研究方法》通过热分析测量等温吸附黏土结合水，但是不能测量黏土在液体水体系中的结合水含量。专利公开号104297096A《一种定量测定黏土结合水含量的方法》介绍了黏土结合水的定量分析，能进行相对性的评价，但是不能定量测定黏土表面水化，更不能测定评价插层剂的抑制性能。综上所述，现阶段国内外还没有能定量测量插层剂抑制黏土表面水化的评价方法，因此有必要建立定量评价插层剂抑制黏土表面水化的评价方法，为研究抑制表面水化提供理论基础，为研制抑制黏土表面水化的高效页岩抑制剂提供参考；有助于建立钻页岩长井段水平井水基钻井液体系，解决页岩长井段井壁稳定，有助于水基钻井液替代油基钻井液。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种定量测定页岩插层剂抑制黏土表面水化能力的评价方法，该方法原理可靠，操作简便，可定量评价黏土表面水化程度，并定量评价插层抑制剂的抑制性能，建立页岩插层剂抑制黏土表面水化程度的评价方法，解决了钻泥页岩地层的井壁稳定问题，具有广阔的应用前景。

本发明的技术方案如下：

一种定量测定页岩插层剂抑制黏土表面水化能力的评价方法，该方法包括以下步骤：

S1：黏土与插层剂经过搅拌、离心、沉淀、干燥制备插层有机土；

S2：插层黏土等温吸附；

S3：通过X-射线衍射法测量插层黏土的基底间距；

S4：通过热失重分析法计算插层黏土吸附水类型和含量；

S5：测定插层黏土的阳离子交换容量；

S6：定量插层黏土吸附水类型和含量、定量评价插层黏土的水化程度、准确测量插层黏土的阳离子交换容量、定量评价插层剂的抑制性能。

所述S1中将黏土在150℃条件下烘干至恒重，配制1～3％的插层剂溶液，将一定量的烘干的黏土加入插层剂溶液中搅拌24h，将悬浮液取出，导入离心管中，过滤得到沉淀物；剩下的悬浮液倒出上部液体，加入去离子水，混合均匀，在4000rpm的转速下离心10min，倒出上清液，重复操作三次得到沉淀物，将两次得到的沉淀物在80℃真空干燥，研磨，过200目筛子(74μm)，在150℃条件下烘干至恒重。

所述S2中在洁净的燥器中加入一定量的去离子水(电导率为18.25MΩ.cm)，根据参考文献查得不同无机盐在不同温度下的溶解度和活度，按顺序加入无机盐，在20～30℃等温平衡一天，在称量瓶中分别加入1g左右的钠蒙脱土，称量其质量并记录，将称量瓶分别放入对应的干燥器中，盖好干燥器盖子，等温吸附平衡，用干净的纸带取出，在电子天平上称量其质量并记录，根据《几种有机盐溶液活度及抑制性实验研究》，由公式(1)计算得出平衡吸水量，公式(1)如下：