一種硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油氣鉆探工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及人造巖心的制備方法，尤其涉及一種硬 脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于硬脆性泥頁巖儲(chǔ)層存在脆性強(qiáng)、強(qiáng)度高、易水化膨脹等問題，因此在鉆井過程 中經(jīng)常發(fā)生嚴(yán)重的井壁失穩(wěn)現(xiàn)象，例如井筒縮徑、井壁垮塌、鉆井液漏失和儲(chǔ)層損害等問 題。正確認(rèn)識(shí)并有效分析地層圍巖環(huán)境的復(fù)雜狀況，探宄井壁穩(wěn)定的機(jī)理，建立控制模型， 有效減少和控制鉆井作業(yè)中的井壁失穩(wěn)問題，對(duì)實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效、低成本鉆井具有重 要意義。
[0003]目前，保持井壁穩(wěn)定的重要研宄方向是評(píng)價(jià)硬脆性泥頁巖的強(qiáng)度、脆度和水化膨 脹特征，然而對(duì)于復(fù)雜地層來說，由于現(xiàn)場(chǎng)取芯昂貴且困難，這將嚴(yán)重制約對(duì)井壁失穩(wěn)問題 的研宄。因此，通過在室內(nèi)制備人造巖心做模擬試驗(yàn)是研宄鉆井過程中井壁失穩(wěn)問題的重 要技術(shù)手段。
[0004]目前，人造巖心多以水泥和石英砂作為原料，或者直接由現(xiàn)場(chǎng)巖肩壓制而成，但是 這不能準(zhǔn)確反映硬脆性泥頁巖地層的水化膨脹特點(diǎn)。一方面，石英砂作為人造巖心的骨架 存在著脆性較差的問題；另一方面，如果人造巖心僅由水泥和膨潤(rùn)土配制而成，雖然其脆性 和水化膨脹性能夠滿足模擬試驗(yàn)的要求，但是隨著膨潤(rùn)土含量的增加，人造巖心的抗壓強(qiáng) 度大大降低，不滿足試驗(yàn)需求。
[0005] 因此，急需開發(fā)一種硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法，將所制備的人造巖 心用于模擬試驗(yàn)，以研宄井壁失穩(wěn)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制 備方法，其按照先后順序包括以下步驟：
[0007] 步驟一：測(cè)試硬脆性泥頁巖地層的粘土礦物組分、抗壓強(qiáng)度、水化膨脹性，計(jì)算硬 脆性泥頁巖地層的綜合脆性指數(shù)；
[0008] 步驟二：確定水泥、膨潤(rùn)土、分散劑的類型；
[0009] 步驟三：根據(jù)所確定的水泥、膨潤(rùn)土、分散劑的類型，制備不同添加量的膨潤(rùn)土和 分散劑的水泥石，并測(cè)試不同復(fù)配比例下水泥石的抗壓強(qiáng)度、綜合脆性指數(shù)、水化膨脹性；
[0010] 步驟四：分析不同添加量的膨潤(rùn)土和分散劑對(duì)水泥石的抗壓強(qiáng)度、綜合脆性指數(shù)、 水化膨脹性的影響，分別建立抗壓強(qiáng)度、綜合脆性指數(shù)、水化膨脹性與水泥石不同復(fù)配比例 之間的關(guān)系圖；
[0011] 步驟五：根據(jù)抗壓強(qiáng)度、綜合脆性指數(shù)、水化膨脹性與水泥石不同復(fù)配比例之間的 關(guān)系圖，確定滿足硬脆性泥頁巖地層特征的水泥、膨潤(rùn)土、分散劑的復(fù)配比例；
[0012] 步驟六：根據(jù)所確定的水泥、膨潤(rùn)土、分散劑的復(fù)配比例，制備硬脆性水化泥頁巖 人造巖心。
[0013]本發(fā)明的硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法，首先確定硬脆性泥頁巖地層的 粘土礦物組分、水化膨脹性、巖石脆性和強(qiáng)度等特征，然后建立水化膨脹性、脆度、強(qiáng)度與水 泥、膨潤(rùn)土、分散劑不同復(fù)配比例之間的關(guān)系圖，再根據(jù)關(guān)系圖確定適合于模擬該地層的硬 脆性水化泥頁巖人造巖心的最佳復(fù)配方案。通過該方法制備的人造巖心在最大程度上與真 實(shí)地層的巖石力學(xué)性質(zhì)相似，能夠適應(yīng)三軸巖石力學(xué)試驗(yàn)和水化膨脹試驗(yàn)，同時(shí)更進(jìn)一步 認(rèn)識(shí)泥頁巖儲(chǔ)層的特征和模擬泥頁巖的水化膨脹性、脆性、強(qiáng)度等力學(xué)特征，有利于高效開 發(fā)泥頁巖油氣。
[0014]優(yōu)選的是，所述步驟一中，至少選取五塊硬脆性泥頁巖地層樣品，分別測(cè)試粘土礦 物組分、抗壓強(qiáng)度、水化膨脹性，分別計(jì)算綜合脆性指數(shù)，對(duì)測(cè)試結(jié)果和計(jì)算結(jié)果取平均值。 針對(duì)某一深度段硬脆性泥頁巖地層，對(duì)鉆井巖肩或者鉆井取芯進(jìn)行試驗(yàn)加工，得到測(cè)試所 需的標(biāo)準(zhǔn)試樣。對(duì)至少五塊標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行粘土礦物組分、抗壓強(qiáng)度、水化膨脹性、脆性的測(cè) 試或者計(jì)算，然后取平均值，該平均值即可顯示該地層的粘土礦物組分、水化膨脹性、強(qiáng)度、 脆度等特征。
[0015] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，采用X射線衍射試驗(yàn)測(cè)試硬脆性泥頁巖地層的粘土 礦物組分。X射線衍射方法具有不損壞地層巖石樣品、無污染、快捷、對(duì)礦物組分的測(cè)量精度 尚等優(yōu)點(diǎn)。
[0016] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，采用巖石力學(xué)試驗(yàn)測(cè)試硬脆性泥頁巖地層的抗拉強(qiáng) 度。
[0017] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，采用線性膨脹儀測(cè)試硬脆性泥頁巖地層的水化膨脹 性。
[0018] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，根據(jù)測(cè)試抗壓強(qiáng)度時(shí)得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線計(jì)算硬脆 性泥頁巖地層的綜合脆性指數(shù)。計(jì)算方法為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法，其按照先后順序包括以下步驟： 步驟一：測(cè)試硬脆性泥頁巖地層的粘土礦物組分、抗壓強(qiáng)度、水化膨脹性，計(jì)算硬脆性 泥頁巖地層的綜合脆性指數(shù)； 步驟二：確定水泥、膨潤(rùn)土、分散劑的類型； 步驟三：根據(jù)所確定的水泥、膨潤(rùn)土、分散劑的類型，制備不同添加量的膨潤(rùn)土和分散 劑的水泥石，并測(cè)試不同復(fù)配比例下水泥石的抗壓強(qiáng)度、綜合脆性指數(shù)、水化膨脹性； 步驟四：分析不同添加量的膨潤(rùn)土和分散劑對(duì)水泥石的抗壓強(qiáng)度、綜合脆性指數(shù)、水化 膨脹性的影響，分別建立抗壓強(qiáng)度、綜合脆性指數(shù)、水化膨脹性與水泥石不同復(fù)配比例之間 的關(guān)系圖； 步驟五：根據(jù)抗壓強(qiáng)度、綜合脆性指數(shù)、水化膨脹性與水泥石不同復(fù)配比例之間的關(guān)系 圖，確定滿足硬脆性泥頁巖地層特征的水泥、膨潤(rùn)土、分散劑的復(fù)配比例； 步驟六：根據(jù)所確定的水泥、膨潤(rùn)土、分散劑的復(fù)配比例，制備硬脆性水化泥頁巖人造 巖心。
2. 如權(quán)利要求1所述的硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法，其特征在于：所述步 驟一中，至少選取五塊硬脆性泥頁巖地層樣品，分別測(cè)試粘土礦物組分、抗壓強(qiáng)度、水化膨 脹性，分別計(jì)算綜合脆性指數(shù)，對(duì)測(cè)試結(jié)果和計(jì)算結(jié)果取平均值。
3. 如權(quán)利要求2所述的硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法，其特征在于：采用X 射線衍射試驗(yàn)測(cè)試硬脆性泥頁巖地層的粘土礦物組分。
4. 如權(quán)利要求2所述的硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法，其特征在于：采用巖 石力學(xué)試驗(yàn)測(cè)試硬脆性泥頁巖地層的抗拉強(qiáng)度。
5. 如權(quán)利要求2所述的硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法，其特征在于：采用線 性膨脹儀測(cè)試硬脆性泥頁巖地層的水化膨脹性。
6. 如權(quán)利要求2所述的硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法，其特征在于：根據(jù)測(cè) 試抗壓強(qiáng)度時(shí)得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線計(jì)算硬脆性泥頁巖地層的綜合脆性指數(shù)。
7. 如權(quán)利要求1所述的硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法，其特征在于：所述步 驟二中，根據(jù)硬脆性泥頁巖地層的抗壓強(qiáng)度確定水泥類型。
8. 如權(quán)利要求7所述的硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法，其特征在于：所確定 的水泥的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試強(qiáng)度不低于所測(cè)試的硬脆性泥頁巖地層的抗壓強(qiáng)度。
9. 如權(quán)利要求7所述的硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法，其特征在于：所確定 的水泥為普通娃酸鹽水泥、復(fù)合娃酸鹽水泥、特種水泥中的任一種。
10. 如權(quán)利要求9所述的硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法，其特征在于：所述特 種水泥為快硬硅酸鹽水泥、油井水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥中的任一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硬脆性水化泥頁巖人造巖心的制備方法，其按照先后順序包括以下步驟：測(cè)試硬脆性泥頁巖地層的粘土礦物組分、抗壓強(qiáng)度、水化膨脹性，并計(jì)算綜合脆性指數(shù)；確定水泥、膨潤(rùn)土、分散劑的類型；制備不同添加量的膨潤(rùn)土和分散劑的水泥石，測(cè)試不同復(fù)配比例下水泥石的抗壓強(qiáng)度、綜合脆性指數(shù)、水化膨脹性；分別建立抗壓強(qiáng)度、綜合脆性指數(shù)、水化膨脹性與水泥石不同復(fù)配比例之間的關(guān)系圖；確定滿足硬脆性泥頁巖地層特征的水泥、膨潤(rùn)土、分散劑的復(fù)配比例；制備硬脆性水化泥頁巖人造巖心。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單易懂、操作便捷，可以得到具有一定強(qiáng)度、易水化膨脹的脆性水泥石，能夠真實(shí)準(zhǔn)確的模擬硬脆性泥頁巖地層的力學(xué)特征。
【IPC分類】C04B28-00
【公開號(hào)】CN104692726
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510077223
【發(fā)明人】盧運(yùn)虎, 陳勉, 金衍, 楊帥, 劉銘, 侯冰, 杜曉雨
【申請(qǐng)人】中國石油大學(xué)(北京)
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年2月12日