[发明专利]一种测量黏土结合水和力学参数的方法、装置及黏土制备仪

说明书

本发明公开了一种测量黏土结合水和力学参数的方法、装置及黏土制备仪，其中的测量方法是基于低场核磁共振，具体包括如下步骤：S1、根据实验需求，制备尺寸不同的多份黏土岩样；S2、选取低场核磁共振测量参数并设定环境温度；S3、将黏土岩样安装到岩心夹持器，并调整岩心夹持器的实验参数；S4、调整压力、湿度和活度参数，区分和测定在一定温度、压力、湿度、活度条件下的黏土吸附水类型及含量、力学参数，并动态检测岩样不同位置处的力学性能和吸附水量的变化情况。同时也研发了其相关的测试装置，以及制备实验对象所需的黏土的装置。采用本发明所提供的技术方案，能够有效的实现测试数据的准确和多样性，达到更好的测试效果。

技术领域

本发明属于地质勘探开发技术领域，特别是一种测量黏土结合水和力学参数的方法、装置及黏土制备仪。

背景技术

在当前国内外钻井过程中，井壁不稳定的问题广泛存在，且目前尚未得到有效解决，国内在深井、超深井、复杂井的钻井过程中，钻井液技术的研究往往通过“试错法”去寻找解决问题的方案，不仅浪费大量资源，而且有着较大的局限性，形成的处理剂以及体系未系列化，封堵剂和抑制剂的研究及优选很难真正满足实际钻井需求。对井壁稳定的研究经历了从纯力学到纯化学、力化耦合、多场耦合的研究，到目前为止，大多数学者采用结合力学与化学两方面定量化的方法来研究泥页岩井壁稳定性问题。在考虑水化对泥页岩井壁稳定性影响研究中，大多数学者只在宏观层面上考虑含水量对岩石力学参数的影响，而且实验过程中存在误差，尽管后面又提出大量模型，但由于问题比较复杂，已有研究成果出现不一致的情况，因此需要进一步深化对水化机理研究。对此有研究提出水化对井壁稳定性的影响分为强结合水、弱结合水、自由水含量对力学参数影响的结论。

目前针对泥页岩与钻井液发生水化作用的强弱的评价，主要是通过滚动回收率、CST值、页岩线性膨胀率方法来评价泥页岩的水化作用，但是这些方法多是定性或者半定量的，方法存在一定的局限性，对泥页岩水化机理研究不够透彻，有时实验所得结果偏差较大，无法准确评价。因此，通过定量化研究泥页岩的水化作用，建立定量化的评价方法，为力学-化学耦合模型提供定量化的参数，同时对定量评价抑制剂的抑制性能，建立抑制剂性能的评价方法具有重要意义。

泥页岩的水化作用实质上是泥页岩中黏土的水化作用。黏土-水体系中有强结合水、弱结合水、自由水三种类型的水。目前已知黏土矿物在不同的水化阶段吸附的结合水有着不同的结构和性质，从质和量方面理解是黏土和水有着不同的连结形式。深入研究黏土结合水，包括定性定量研究黏土结合水、测定黏土-水体系下的力学参数，对进一步了解黏土的水化作用，和定量化研究泥页岩水化作用具有重要意义。

目前测定黏土结合水的方法有很多，如：介电常数法，红外光谱法，热分析法，容量法，离心沉降法，核磁共振法。但目前的各种测定黏土结合水的方法之间也都存在一定的局限性，比如容量法测量精度不够，离心沉降法只能估算，红外光谱法可定性确定黏土结合水的存在形式，热分析可定量分析黏土总结合水，介电常数法测量结合水的计算模型影响较大等。低场核磁共振方法能够快速、直观、定性区分黏土结合水的类型和定量测量黏土结合水。施加高温高压能够尽可能模拟地层环境，能够使测量结果更加接近于真实的地下数据，但现有的基于核磁共振方法的实验装置难以在施加高温高压条件下区分黏土的吸附水类型、测量黏土结合水，且不能动态监测其黏土表面吸附了几层水分子，无法在定性定量测量黏土结合水的同时测量黏土的力学参数。

同时，现阶段关于人工岩样的制备方法也有很多，然而关于如何将纯的黏土制备成岩样的制备方法鲜有描述。一般人工岩样的组成当中除了含有黏土之外还含有其它非黏土矿物等物质，通常，物质的组成不同必然导致制备的工艺存在巨大的差别。另外，现有的压制岩样的机器和装置无法满足压制各种不同尺寸大小的岩样。