[发明专利]一种页岩膨胀性能评价装置及方法

说明书

本发明涉及一种页岩膨胀性能评价装置及方法。该装置包括杯口朝上的杯体和与杯体密封配合的杯盖，所述杯体包括侧壁和底壁，杯体的侧壁和底壁围成用于盛装岩心和待测液体的内腔；杯体的侧壁上设有伸出杯体侧壁的外壁面并向上延伸的液位计量管，液位计量管上刻设有刻度线，液位计量管的直径小于杯体的直径，液位计量管的上端面高于杯体的杯口；该页岩膨胀性能评价装置上还设置有用于向所述内腔中注入待测液体的注液口。该装置在杯体内腔中实现岩心和待测液体的接触和渗透，岩心的膨胀引起杯体内试液的液位发生变化，该变化通过直径小的液位计量管准确读出，进而有利于提高页岩膨胀试验的试验效率，提高试验结果的准确度。

技术领域

本发明属于页岩膨胀性能的测试领域，具体涉及一种页岩膨胀性能评价装置及方法。

背景技术

钻井液的一项重要作用是抑制地层中的页岩遇水发生膨胀，保持井壁稳定，防止井壁缩径、坍塌、卡钻等事故的发生。准确评价页岩膨胀性能或钻井液及化学剂的膨胀抑制效果，对抑制剂等化学剂的评价优选具有重要意义。

现有用于页岩膨胀评价的方法主要有线性膨胀法、岩屑回收率法等。

线性膨胀法是利用图1所示的试验装置，向装有膨润土压制而成的人造岩心4的岩心筒3中加入试液，人造岩心4的水化膨胀引起上表面的轴向位移增加，通过位移传杆1与位移测试器2测试加入试液前后位移的变化数据，通过岩心膨胀位移数据计算和评价页岩的膨胀性能或钻井液及化学剂的膨胀抑制效果。

线性膨胀法的测试步骤如下：在钢制的岩心筒3中加入10.0g膨润土，放置在压力机下用钢制活塞于8MPa下压制5min成型；把岩心筒3连同压制好的人造岩心4安装在线性页岩膨胀测试仪上；把带有底盘5的位移传杆1放入岩心筒3中，并使其与人造岩心4的上表面接触，位移传杆1与位移测试器2下端连接好后，向岩心筒中加入试液，开始计时；达到预定时间后读取人造岩心的膨胀位移数据(同时测试空白试液和待测试液的膨胀数据)；计算评价页岩膨胀性能或钻井液与化学剂的膨胀抑制效果。

线性膨胀法评价页岩膨胀性能存在以下不足：一是试液与岩心接触面积较小(只与人造岩心的上表面相接触)，造成试液渗透不充分，甚至出现干芯现象，由此带来的位移绝对值偏小直接影响试验结果的重复性；二是由于试液只与人造岩心的上表面相接触，试液的渗透及岩心的膨胀速度较慢，试验效率较低(试验时间一般为8-24h)；三是水化后的岩心比较松软，膨胀力较小，金属位移传杆自身的重量抵消了一部分的岩心膨胀力，影响了传感器的位移传递数据；四是位移传杆的自由灵活度及位移传感器的灵敏度不高，对测试结果的重复性影响较显著。以上因素均导致线性膨胀法对页岩膨胀性能的测试准确度不高，测试效率低下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种页岩膨胀性能评价装置，从而解决现有页岩膨胀性能评价装置的评价结果准确度差的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种页岩膨胀性能评价方法，从而解决现有测试方法的试验精度差、试验效率低的问题。

为实现上述目的，本发明的页岩膨胀性能评价装置所采用的技术方案是：

一种页岩膨胀性能评价装置，包括杯口朝上的杯体和与杯体密封配合的杯盖，所述杯体包括侧壁和底壁，杯体的侧壁和底壁围成用于盛装岩心和待测液体的内腔；杯体的侧壁上设有伸出杯体侧壁的外壁面并向上延伸的液位计量管，液位计量管上刻设有刻度线，液位计量管的直径小于杯体的直径，液位计量管的上端面高于杯体的杯口；该页岩膨胀性能评价装置上还设置有用于向所述内腔中注入待测液体的注液口。

本发明提供的页岩膨胀性能评价装置，在杯体内腔中实现岩心和待测液体的接触和渗透，岩心和试液的接触面较线性膨胀法大，可以促进待测液体(试液)的渗透，对岩心膨胀的干扰因素少，岩心的膨胀引起杯体内试液的液位发生变化，该变化通过直径小的液位计量管准确读出，进而有利于提高页岩膨胀试验的试验效率，提高试验结果的准确度。