一种硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其按照先后顺序包括以下步骤：测试硬脆性泥页岩地层的粘土矿物组分、抗压强度、水化膨胀性，并计算综合脆性指数；确定水泥、膨润土、分散剂的类型；制备不同添加量的膨润土和分散剂的水泥石，测试不同复配比例下水泥石的抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性；分别建立抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性与水泥石不同复配比例之间的关系图；确定满足硬脆性泥页岩地层特征的水泥、膨润土、分散剂的复配比例；制备硬脆性水化泥页岩人造岩心。本发明专利技术的制备方法简单易懂、操作便捷，可以得到具有一定强度、易水化膨胀的脆性水泥石，能够真实准确的模拟硬脆性泥页岩地层的力学特征。

【技术实现步骤摘要】
一种硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法
本专利技术属于油气钻探工程
，涉及人造岩心的制备方法，尤其涉及一种硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法。
技术介绍
由于硬脆性泥页岩储层存在脆性强、强度高、易水化膨胀等问题，因此在钻井过程中经常发生严重的井壁失稳现象，例如井筒缩径、井壁垮塌、钻井液漏失和储层损害等问题。正确认识并有效分析地层围岩环境的复杂状况，探究井壁稳定的机理，建立控制模型，有效减少和控制钻井作业中的井壁失稳问题，对实现安全、优质、高效、低成本钻井具有重要意义。目前，保持井壁稳定的重要研究方向是评价硬脆性泥页岩的强度、脆度和水化膨胀特征，然而对于复杂地层来说，由于现场取芯昂贵且困难，这将严重制约对井壁失稳问题的研究。因此，通过在室内制备人造岩心做模拟试验是研究钻井过程中井壁失稳问题的重要技术手段。目前，人造岩心多以水泥和石英砂作为原料，或者直接由现场岩屑压制而成，但是这不能准确反映硬脆性泥页岩地层的水化膨胀特点。一方面，石英砂作为人造岩心的骨架存在着脆性较差的问题；另一方面，如果人造岩心仅由水泥和膨润土配制而成，虽然其脆性和水化膨胀性能够满足模拟试验的要求，但是随着膨润土含量的增加，人造岩心的抗压强度大大降低，不满足试验需求。因此，急需开发一种硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，将所制备的人造岩心用于模拟试验，以研究井壁失稳问题。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：测试硬脆性泥页岩地层的粘土矿物组分、抗压强度、水化膨胀性，计算硬脆性泥页岩地层的综合脆性指数；步骤二：确定水泥、膨润土、分散剂的类型；步骤三：根据所确定的水泥、膨润土、分散剂的类型，制备不同添加量的膨润土和分散剂的水泥石，并测试不同复配比例下水泥石的抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性；步骤四：分析不同添加量的膨润土和分散剂对水泥石的抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性的影响，分别建立抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性与水泥石不同复配比例之间的关系图；步骤五：根据抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性与水泥石不同复配比例之间的关系图，确定满足硬脆性泥页岩地层特征的水泥、膨润土、分散剂的复配比例；步骤六：根据所确定的水泥、膨润土、分散剂的复配比例，制备硬脆性水化泥页岩人造岩心。本专利技术的硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，首先确定硬脆性泥页岩地层的粘土矿物组分、水化膨胀性、岩石脆性和强度等特征，然后建立水化膨胀性、脆度、强度与水泥、膨润土、分散剂不同复配比例之间的关系图，再根据关系图确定适合于模拟该地层的硬脆性水化泥页岩人造岩心的最佳复配方案。通过该方法制备的人造岩心在最大程度上与真实地层的岩石力学性质相似，能够适应三轴岩石力学试验和水化膨胀试验，同时更进一步认识泥页岩储层的特征和模拟泥页岩的水化膨胀性、脆性、强度等力学特征，有利于高效开发泥页岩油气。优选的是，所述步骤一中，至少选取五块硬脆性泥页岩地层样品，分别测试粘土矿物组分、抗压强度、水化膨胀性，分别计算综合脆性指数，对测试结果和计算结果取平均值。针对某一深度段硬脆性泥页岩地层，对钻井岩屑或者钻井取芯进行试验加工，得到测试所需的标准试样。对至少五块标准试样进行粘土矿物组分、抗压强度、水化膨胀性、脆性的测试或者计算，然后取平均值，该平均值即可显示该地层的粘土矿物组分、水化膨胀性、强度、脆度等特征。在上述任一方案中优选的是，采用X射线衍射试验测试硬脆性泥页岩地层的粘土矿物组分。X射线衍射方法具有不损坏地层岩石样品、无污染、快捷、对矿物组分的测量精度高等优点。在上述任一方案中优选的是，采用岩石力学试验测试硬脆性泥页岩地层的抗拉强度。在上述任一方案中优选的是，采用线性膨胀仪测试硬脆性泥页岩地层的水化膨胀性。在上述任一方案中优选的是，根据测试抗压强度时得到的应力应变曲线计算硬脆性泥页岩地层的综合脆性指数。计算方法为该综合脆性指数IB是弹性模量E与泊松比v归一化后的平均值。在上述任一方案中优选的是，所述步骤二中，根据硬脆性泥页岩地层的抗压强度确定水泥类型。在上述任一方案中优选的是，所确定的水泥的标准测试强度不低于所测试的硬脆性泥页岩地层的抗压强度。在上述任一方案中优选的是，所确定的水泥为普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、特种水泥中的任一种。在上述任一方案中优选的是，所述特种水泥为快硬硅酸盐水泥、油井水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥中的任一种。在上述任一方案中优选的是，所述步骤二中，根据硬脆性泥页岩地层的粘土矿物组分确定膨润土类型。在上述任一方案中优选的是，所确定的膨润土为钠基膨润土或者钙基膨润土。若硬脆性泥页岩地层的粘土矿物中蒙脱石含量较高，则选用钠基膨润土；若硬脆性泥页岩地层的粘土矿物中伊利石含量较高，则选用钙基膨润土。在上述任一方案中优选的是，所述步骤二中，确定分散剂类型的方法，按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：将已确定的水泥与膨润土进行混合，水泥与膨润土的重量比为9:1，配制三份相同的混合物；步骤二：分别向三份混合物中加入相同重量的不同类型分散剂，制备三种水泥石；步骤三：采用X射线衍射试验测试三种水泥石中水化硅酸钙的含量；步骤四：根据水化硅酸钙的含量，确定分散剂的类型。在上述任一方案中优选的是，所确定的分散剂为木质素磺酸钠、柠檬酸、磺化苯乙烯-马来酸酐共聚物中的任一种。分散剂的主要作用是减少膨润土对水泥水化的Ca2+吸附，抑制水化产物水化硅酸钙(CSH)的减少。借助X射线衍射试验测试水泥石中水化硅酸钙的含量，选择水化硅酸钙含量高的分散剂。在上述任一方案中优选的是，所述步骤三中，只含有水泥，不含有膨润土时，分散剂的添加量为水泥重量的0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％，配制六种水泥石。在上述任一方案中优选的是，所述步骤三中，水泥与膨润土的重量比为9:1时，分散剂的添加量为水泥与膨润土重量之和的0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％，配制六种水泥石。在上述任一方案中优选的是，所述步骤三中，水泥与膨润土的重量比为8:2时，分散剂的添加量为水泥与膨润土重量之和的0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％，配制六种水泥石。在上述任一方案中优选的是，所述步骤三中，水泥与膨润土的重量比为7:3时，分散剂的添加量为水泥与膨润土重量之和的0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％，配制六种水泥石。在上述任一方案中优选的是，所述步骤四中，抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性与水泥石不同复配比例之间关系图的建立，按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：将测试得到的水泥石抗压强度C与膨润土添加量W1和分散剂添加量W2进行非线性拟合，得到决定水泥石抗压强度的函数关系式C＝F(W1，W2)；步骤二：根据测试水泥石抗压强度时得到的应力应变曲线计算水泥石的综合脆性指数，将计算得到的水泥石综合脆性指数IB与膨润土添加量W1和分散剂添加量W2进行非线性拟合，得到决定水泥石综合脆性指数的函数关系式IB＝F(W1，W2)；步骤三：将测试得到的水泥石水化膨胀性E与膨润土添加量W1和分散剂添加量W2进行非线性拟合，得到决定水泥石水化膨胀性的函数关系式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：测试硬脆性泥页岩地层的粘土矿物组分、抗压强度、水化膨胀性，计算硬脆性泥页岩地层的综合脆性指数；步骤二：确定水泥、膨润土、分散剂的类型；步骤三：根据所确定的水泥、膨润土、分散剂的类型，制备不同添加量的膨润土和分散剂的水泥石，并测试不同复配比例下水泥石的抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性；步骤四：分析不同添加量的膨润土和分散剂对水泥石的抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性的影响，分别建立抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性与水泥石不同复配比例之间的关系图；步骤五：根据抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性与水泥石不同复配比例之间的关系图，确定满足硬脆性泥页岩地层特征的水泥、膨润土、分散剂的复配比例；步骤六：根据所确定的水泥、膨润土、分散剂的复配比例，制备硬脆性水化泥页岩人造岩心。

【技术特征摘要】
1.一种硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：测试硬脆性泥页岩地层的粘土矿物组分、抗压强度、水化膨胀性，计算硬脆性泥页岩地层的综合脆性指数；步骤二：确定水泥、膨润土、分散剂的类型；步骤三：根据所确定的水泥、膨润土、分散剂的类型，制备不同添加量的膨润土和分散剂的水泥石，并测试不同复配比例下水泥石的抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性；步骤四：分析不同添加量的膨润土和分散剂对水泥石的抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性的影响，分别建立抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性与水泥石不同复配比例之间的关系图；步骤五：根据抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性与水泥石不同复配比例之间的关系图，确定满足硬脆性泥页岩地层特征的水泥、膨润土、分散剂的复配比例；步骤六：根据所确定的水泥、膨润土、分散剂的复配比例，制备硬脆性水化泥页岩人造岩心；步骤二中，根据硬脆性泥页岩地层的抗压强度确定水泥类型，所确定的水泥的标准测试强度不低于所测试的硬脆性泥页岩地层的抗压强度；根据硬脆性泥页岩地层的粘土矿物组分确定膨润土类型，若硬脆性泥页岩地层的粘土矿物中蒙脱石含量较高，则选用钠基膨润土，若硬脆性泥页岩地层的粘土矿物中伊利石含量较高，则选用钙基膨润土；根据水化硅酸钙的含量确定分散剂的类型，借助X射线衍射试验测试水泥石中水化硅酸钙的含量，选择水化硅酸钙含量高的分散剂。2.如权利要求1所述的硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，至少选取五块硬脆性泥页岩地层样品，分别测试粘土矿物组分、抗压强度、水化膨胀性，分别计算综合脆性指数，对测试结果和计算结果取平均值。3.如权利要求2所述的硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其特征在于：采用X射线衍射试验测试硬脆性泥页岩地层的粘土矿物组分。4.如权利要求2所述的硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其特征在于：采用岩石力学试验测试硬脆性泥页岩地层的抗拉强度。5.如权利要求2所述的硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其特征在于：采用线性膨胀仪测试硬脆性泥页岩地层的水化膨胀性。6.如权利要求2所述的硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其特征在于：根据测试抗压强度时得到的应力应变曲线计算硬脆性泥页岩地层的综合脆性指数。7.如权利要求1所述的硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其特征在于：所确定的水泥为普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、特种水泥中的任一种。8.如权利要求7所述的硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其特征在于：所述特种水泥为快硬硅酸盐水泥、油井水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥中的任一种。9.如权利要求1所述的硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，确定分散剂类型的方法，按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：将已确定的水泥与膨润土进行混合，水泥与膨润土的重量比为9:1，配制三份相同的混合物；步骤二：分别向三份混合物中加入相同重量的不同类型分散剂，制备三种水泥石；步骤三：采用X射线衍射试验测试三种水泥石中水化硅酸钙的含量；步骤四：根据水化硅酸钙的含量，确定分散剂的类型。10.如权利要求9述的硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其特征在于：所确定的分散剂为木质素磺酸钠、柠檬酸、磺化苯乙烯-马来酸酐共聚物中的任一种。11.如权利要求1所述的硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，只含有水泥，不含有膨润土时，分散剂的添加量为水泥重量的0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％，配制六种水泥石。12.如权利要求11所述的硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，水泥与膨润土的重...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢运虎，陈勉，金衍，杨帅，刘铭，侯冰，杜晓雨，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11