大庆石油学院石油工程专业实验指导07油气层保护实验.docx

第七部分油气层保护技术实验一速敏性评价实验一、实验目的(1)了解流体流动使渗透性降低的机理。(2)加深对速敏概念的理解。(3)加深对临界流速的理解。二、实验原理以不同的注入速度向岩心注入地层水，待驱替稳定后，测定不同注入速度条件下岩石的渗透率，绘制注入速度与渗透率的变化关系曲线，并应用该曲线分析岩石对流体流速的敏感性，以及确定其临界速度。若岩心渗透率随着注入流体流速的增加而出现明显下降的趋势，则该岩石速敏性较强。随流体的注入流速的逐渐增大，当渗透率值下降幅度(ki-ki)ki一达到5%以上时，一所对应的流体流速值即为该地层该流体的临界速度vc不同地层，临界速度C不同；同一地层岩心，流动介质(如水或油)不同，临界速度C亦不同。三、实验仪器流速敏感性实验仪器及流程图如图7-1-1所示。由于岩心驱替实验流程是通用流程，水敏、盐敏、酸敏、碱敏等实验项目的流程差别较小，所以先总的介绍这一流程的仪器设备及各部分的具体要求等，在以后的流程中就不再叙述。岩心驱替实验流程主要包括3个部分：动力部分、岩心夹持器部分和计量部分。此外，还包含中间容器、管线、阀门、六通阀、加环压的加压泵等。图7-1-1岩样流动实验流程图1一平流泵；2-中间容器；3一过谑器；4一精密压力表;5六通阀；6一环压加压阀；7一岩心夹持器；8一经校正过的计量筒；9三通球阀；10恒温箱1.动力部分动力部分即为平流泵。2.岩心夹持器部分目前，国内外有各种不同形式的夹持器。当前国内各实验室中用得最多的是江苏海安石油科研仪器厂生产的TY-2型高压岩心夹持器。需要注意的是，在实验过程中环压一定要略大于驱替压力，以确保密封岩心侧面，否则在驱替过程中岩心与胶皮筒间可能会发生窜漏，使流量偏大，导致所测得的岩心渗透率偏高。为此，要有加环压的装置（如手摇计量泵）。加环压时要稳，并保证不漏。3.计量部分常需计量的参数主要是压力、流量等。1）压力计量常采用04级的精密压力表进行压力计量。一定要根据实验中压力的范围，选择和改换不同量程的压力表。由高压到低压，可选用量程为025Mpa,0-2.5MPa和00.25MPa的精密压力表。为保证压力表的安全及实验数据的准确性，所测得的压力尽量落在压力表量程的1323部分。2）流量计量实验液体体积的计量有两种方法：一是定体积记录时间；一是定时间记录体积。体积计量采用经标定过的量筒，如5,10,50m1.应根据所需计量体积的大小，选用合适的量筒。计量总的体积时，将液体由小量筒往大量筒中倒，小量筒中体积之和即为流出岩心或注入岩心的总体积。4.流程中的其他部分流程中的其他部分如管线、阀门也要配套、密封、安全，管线越短越好。此外，流程中还应有过滤器，其孔半径应小于2m。四、实验步骤(1)处理实验所用介质O将模拟地层水用G5砂芯漏斗除去杂质。也可以采用煤油或模拟油，但该流体需先经过干燥，再用白土除去极性物质，然后用G5砂芯漏斗过滤。(2)按流程接好管线，并全面检查流程是否漏失，阀门开、关是否正确无误。(3)装好岩心，注意方向，使液流方向与气测渗透率时方向一致o这是因为岩石存在"各向异性”，同一岩心正反向的渗透率不同。加环压，以保证在岩心与岩心胶套间无窜流。环压的高低由实验时所设计的驱替压高低决定。环压与驱替压之差可为1.52.OMpae此外，在一个实验的各个测点，应始终保持环压与驱替压之差不变，即随各实验点驱替压的增加(或减小)，环压也应相应增大(或减小)(4)流程排气，确保液体(如地层水)充满泵至岩心进口端管线，绝不能让岩心进入气。(5)将平流泵流量选择至系列流量的最小流量上，一般为O.lm1./min。当岩样空气渗透率大于500X103m2时，初始流量为0.25mlmin.(6)开始测第一点O打开岩心夹持器进、出口端阀门，开泵，用小量筒计量从岩心中流出的液体并收集到大量筒中，待流动状态稳定后，即可进行测定。准确记录压力、流量值，再计算出此时的岩心渗透率。(7)逐步增加平流泵流量，按下面列出的流量等级进行驱替实验，在驱替稳定后测出不同流量下的渗透率K1.e流量等级原则是前面级差小，后面级差大，其具体数值为0.10,0.25,0.50,0.75,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,4.5,5.0,5.5和6.0m1.mino当测出临界流速后，流量间隔可以加大。(8)若一直未测出临界流速，应进行至最大流量(6.0miymin)。(9)对于低渗透致密岩样，当流量尚未达到6.0m1.min,而压力梯度已大于3Mpacm,且随着流量的增加岩样渗透率始终无明显下降时，则认为岩样无速敏性。(10)关闭驱替泵，结束实验。五、注意事项(1)在岩样装入夹持器后才能加环压，将岩样取出夹持器时一定要先卸环压；在取出岩样后，一定不能加环压，否则可能会损坏胶皮套o153(2)在设置流速时,应按要求设置，不能太大，否则超出泵的量程会损害泵.在实验过程中流速应从低往高设定。(3)测量渗透率之前，岩心驱替必须达到稳定状态，即驱替压力以及流量必须达到相对稳定状态之后才能进行测定岩心渗透率O六、实验数据记录及处理1.实验数据记录将实验中所测记的数据记录于表7-1-1中o表7-1-1速敏实验数据记录表流体性质岩样性质平流泵流速/(m1.min-,)压差/Mpa时间./S流量/cm3粘度n/(mpaS)温度/节长度I/cm直径11/cm截面积cm2Vl2K31，1I2fe3-T72.实验数据计算将上述记录数据代入相应的计算公式，可以得到渗流速度和渗透率将计算所得的数据记录于表71-2中。表7-1-2速敏实验数据计算结果表渗流速度/(cm.ST)渗透率r112累积流量K3T体积/cm3注入倍数(I)T是在同一稳定状态下测量3次数据后的平均渗透率值。(2)计算渗流速度(表观流速)。(7_1_1)QQ4口=<=-A1112it"式中流速，cm/S;Q一流量，cm3/S;11岩心直径，cm1,(3)计算渗透率。按达西公式进行计算：式中以一岩样的绝对渗透率，m2；,一岩样的截面积，cm?；1.一岩样的长度，cm；一通过岩样液体的粘度，mpas;h一岩样两端的压力差，0.1Mpa；Q-在压差下通过岩样的流量，cm?/s。3 .实验曲线绘制以Kl为纵坐标，以流量(m1./min)或流速(Cm/s)为横坐标绘制曲线，确定出临界流速，C,如图7-1-2所示。°V.q(或V)图7-1-2岩心速度敏感性评价图4 .速敏损害评价(1)岩样的速敏性损害率：由速敏性引起的渗透率损害率由以下公式进行计算：尺一Kfd-X100%(7-1-3)三A式中IXl速敏性引起的渗透率损害率；K一临界流速前岩样渗透率的算术平均值，11；Kmm-临界流速后岩样渗透率的最小值，Pm2。(2)由速敏性引起的渗透率损害程度评价指标见表7-1-3o表7-1-3速敏损害程度评价指标渗透率损害率/%速敏损害程度I如三5无5<30弱3O<15O中等偏弱50<r=70中等偏强U>70强七、思考题(1)在速敏性评价实验过程中，为何要求连续驱替，中间不能停泵？(2)实验过程中泵的流量为何必须严格按照从小到大的等级来调？实验二水敏性评价实验一、实验目的(1)了解当外来流体进入储层后引起粘土膨胀、分散、运移的过程。(2)了解外来流体使储层渗透率下降的程度O二、实验原理储层岩石往往含有遇水易膨胀的粘土矿物，如蒙脱石、高岭石以及伊利石等。该类矿物在接触低矿化度流体时可能产生水化膨胀，从而降低储层的渗透率。水敏性是指当与储层不配伍的外来流体进入储层后引起的粘土膨胀、分散、运移，从而导致渗透率下降的现象。水敏性实验主要是测定3种不同盐度(初始盐度、盐度减半、盐度为零)的液体的渗透率。初始盐度的盐水通常为地层水，在无地层水资料的情况下用标准盐水代替O水敏性实验主要是研究水敏性矿物的水敏性，故驱替速度必须低于临界流速，以保证没有"桥堵"发生.此时产生的渗透率变化才可以认为是仅由于粘土矿物水化膨胀引起的。在驱替过程中所采用的速度要随流体盐度的减小而降低。三、实验仪器见实验一速敏性评价实验中的岩样流动实验流程图7-l-l四、实验步骤(1)将岩心的原油清洗干净，干燥后用地层水进行饱和。(2)用地层水驱替岩心，待驱替稳定后测定岩心渗透率注意：用地层水测定岩心渗透率(K)时，流速应略小于临界流速(约为0.8倍临界流速)。156(3)用1015倍孔隙体积次地层水驱替岩心，调整实验流速以保持驱替压力不高于地层水驱替时的最高压力。(4)停驱替泵，将岩心在次地层水中浸泡12h以上。(5)用次地层水测定岩心渗透率(k0.5w),见步骤(2).(6)用1015倍孔隙体积去离子水驱替岩心，调整实验流速，使驱替压力略低于地层水驱替时的最高压力。(7)停驱替泵，将岩心在去离子水中浸泡12h以上(8)用去离子水测定岩心渗透率(4),见步骤(2)。(9)换向，观察换向后渗透率的变化情况，并继续用去离子水测定岩心的反向渗iW(K-反向)。五、注意事项(1)测定岩样渗透率时，实验流速应略小于临界流速，一般取08倍临界流速。(2)每次测岩样渗透率之前，一定要将岩样在相应的驱替介质中充分浸泡。六、实验数据记录及处理1.实验数据记录将实验中所测记的数据记录于表7-2-1中。表7-27水敌实验数据记录表流体性质岩样性质平流泵流速/(m1.-min-1)压差*/Mpa时间I/松流量/cm3粘度/(mpa.松)温度T/节长度I/cm直径1)/cm截面积cm2l,V2V3地层水次地层水去离子水去罔子水反向2 .实验数据计算将上述记录数据代入相应的计算公式中，可以得到不同条件下的渗透率的值。将计算所得的数据记录于表7-2-2中。表7-2-2水敏实验数据计算结果表驱替液渗透率/IJm2累积流量体积/cm，注入倍数地层水KW次地层水KSW去离子水正向去离子水反向.反向3 .实验曲线绘制以注入孔隙体积倍数为横坐标，以注不同流体时测得的岩心渗透率为纵坐标绘制曲线，以判断岩样的水敏程度。4 .水敏损害评价(1)水敏指数的表达式为：式中K：一用蒸储水测定的岩样渗透率，m2；K1.用地层水测定的岩样渗透率，m2.(2)水敏性评价指标见表7-2-3.表7-2-3水敏程度评价表水敏指数/%水敏损害程度w<5无水敏5<IW三30弱水敏30<Fw=50中等偏弱水敏50<&三70中等偏强水数70<=90强水徽w>90极强水敏七、思考题(1)在水敏性评价实验过程测定岩样渗透率时，泵的驱替速度为何必须低于临界流速？(2)在水敏性评价实验过程中，驱替介质为何要按地层水、次地层水、去离子水的顺序进行？实验三盐敏性评价实验一、实验目的(1)了解储层岩样在盐溶液浓度不断变化的条件下，渗透率变化的过程和程度.158(2)找出引起储层岩样渗透率明显下降的临界盐度o二、实验原理盐敏是指因流体盐度变化引起的粘土膨胀、分散、运移，从而导致渗透率下降的现象。系列盐溶液的注入顺序按盐度递减的规律排列。当流体盐度递减至某一定值时，岩样的渗透率下降幅度增大，这一盐度就是临界盐度0当盐度大于临界盐度时，由于降低盐度而造成的渗透率下降可由盐度的上升来恢复；当盐度低于临界盐度时，由于降低盐度而导致的渗透率伤害无法由提高盐度来恢复。盐敏性实验中先确定初始盐水的渗透率，再测定不同盐度盐水的渗透率，以此判断岩样的临界盐度。初始盐水为地层水，当地层水矿化度低于1根mg1.时，应使用IXIo4mg1.的标准盐水作为初始盐水，再依次将矿化度逐渐递减至最后一种实验用水(去离子水)O通过盐敏性评价实验可以观察储层对所接触流体盐度变化的敏感程度，从而确定是否有必要在储层接触低盐度液体时予以保护三、实验仪器见实验一速敏性评价实验中的岩样流动实验流程图7-l-l四、实验步骤(1)将岩心的原油清洗干净，干燥后用地层水进行饱和.(2)用地层水驱替岩心，待驱替稳定后测定岩心渗透率.注意用地层水测定岩心渗透率(Kv)时流速应略小于临界流速(约为0.8倍临界流速)。(3)用1015倍孔隙体积次地层水驱替岩心，调整实验流速以保持驱替压力不高于地层水驱替时的最高压力O(4)停驱替泵，将岩心在次地层水中浸泡12h以上。(5)用次地层水测定岩心渗透率(K5w),见步骤(2).(6)根据实验用水的设计，重复步骤(3)至(5),测定不同盐度下的渗透率值(7)用1015倍孔隙体积去离子水驱替岩心，调整实验流速，使驱替压力略低于地层水驱替时的最高压力。(8)停驱替泵，将岩心在去离子水中浸泡12h以上。(9)用去离子水测定岩心渗透率(七)。(10)换向，观察换向后渗透率的变化情况，并继续用去离子水测定岩心的反向渗透率。五、注意事项(1)测定岩样渗透率时，实验流速应略小于临界流速，一般取08倍临界流速。(2)每次测岩样渗透率之前，一定要将岩样在相应的驱替介质中充分浸泡。(3)实验过程中驱替介质的顺序一定要按盐度从大到小的顺序来排列。六、实验数据记录及处理1.实验数据记录将实验中所测记的数据记录于表7-3-1中。表7-3-1盐敏实验数据记录表流体性质岩样性质平流泵流速U/(m1.-min-,)压差/Mpa时间9/松流量/cm3盐水质景浓度/(mg.1.-1)粘度/(mpa松)温席T/节长度/cm直径/cm截面积/cm2V1V2V31.1IhI2%>3UT胃2 .实验数据计算将上述记录数据代入相应的计算公式，可以得到不同条件下的渗透率的值。将计算所得的数据记录于表7-3-2中。表中为用不同驱替液测定的渗透率，氏为用临界盐度的盐水测定的渗透率o表7-3-2盐敏实验数据计算结果表驱替液质量浓度/(mg.1.)一m2fcsl/%累积流量体积/cm3注入倍数标准盐水标准盐水标准盐水标准盐水去离子水正向去离子水反向3 .实验曲线绘制以渗透率为纵坐标，以盐溶液浓度为横坐标绘制曲线，确定岩样的临界盐度，如160图7-3-1所示。4 .盐敏损害评价5 1)岩样盐敏指数按下式计算：s=I-Aj×100%40；20:S.4"00OOO35叫。rx>2500020(XMl5000100o(f(H,°()一木质(eR1.')图7-3-1盐敏性评价实验曲线式中1.一盐敏指数；k_一用蒸储水测定的岩样渗透率，m2；KW2一临界盐度S前各点渗透率的算术平均值，IJm2。(2)盐敏性评价指标指标见表7-3-3o表7-3-3盐敏性评价指标盐敏指数/%盐敏损吉程度1.三5无盐数5<IS三30弱盐敏30<=50中等偏弱盐敏50<U=70中等偏强盐敏70<1.三90强盐敏I1>90极强盐敏七、思考题(1)在盐敏性评价实验过程中，盐溶液的浓度为何必须按从大到小的顺序排列？(2)在盐敏性评价实验中，测定岩样渗透率时的实验流速有何要求？实验四酸敏性评价实验161一、实验目的检验岩样与盐酸、氢氟酸等接触后的反应产物对储层渗透能力的影响。二、实验原理酸液能够溶解某些储层矿物以及钻井、修井等作业中侵入储层的外来物质，所以酸被广泛用于解堵和低渗储层的增产措施中。然而，酸化过程可能生成不溶解或溶解度很低的胶状或沉淀物质，堵塞在孔隙喉道中，使储层渗透率下降，对储层产生二次伤害。另外，由于酸处理作业使部分胶结物溶解，也可导致微粒运移加剧，孔隙喉道被堵，甚至出砂等，引起储层伤害o酸敏性是指酸液进入储层后与储层中的酸敏性矿物发生反应，产生凝胶或沉淀，也可能释放出微粒致使储层渗透率下降的现象。在实验过程中，使所选酸在其酸化反应的最佳酸浓度下进行，比较岩样在酸处理前后渗透率的变化情况，测定驱替过程中PH值及酸敏性离子浓度的变化，分析岩样遇酸后的损害过程，对岩石渗透率的伤害程度进行评价。三、实验仪器见实验一速敏性评价实验中的岩样流动实验流程图7-1-1,其中各种管线和中间容器等必须能耐酸。四、实验步骤1.盐酸的流动酸敏实验(1)用与地层水相同矿化度的kd盐水测定酸处理前的液体渗透率。(2)砂岩样品反向注入051.。倍孔隙体积15%Hd,碳酸盐样品则注入1.01.5倍孔隙体积15%Hc1.(3)停驱替泵模拟关井，砂岩样品包括注酸在内的酸反应时间为Ih,碳酸盐岩样品包括注酸在内的酸反应时间为05h°(4)开驱替泵正向驱替，注入与地层水相同矿化度的kd盐水，连续测定时间、压差、温度、液量，同时用精密PH试纸测定流出液PH值的变化。(5)从注酸开始，连续收集数份流出液待测，直至累积量达1015倍孔隙体积。(6)当流动状态稳定且PH值不变时，关驱替泵，停止驱替实验。(7)分析流出液中各酸敏性离子的浓度。2.土酸的流动酸敏实验(仅适用于砂岩样品的酸敏性评价)(1)用与地层水相同矿化度的kd盐水测定酸处理前的液体渗透率。(2)反向注入1.O倍孔隙体积15%Hd前置液，接着反向注入0.51.0倍孔隙体积的酸敏化学实验中选定的土酸(或常规土酸：12%Hc+3%HF)o(3)停驱替泵模拟关井，包括注酸在内的酸反应时间为Ik(4)开驱替泵正向驱替，注入与地层水相同矿化度的kd盐水，连续测定时间、压差、温度、液量，同时用精密PH试纸测定流出液PH值的变化。(5)从注盐酸开始，连续收集数份流出液待测，直至累积量达1015倍孔隙体积。(6)当流动状态稳定且PH值不变时，关驱替泵，停止驱替实验。(7)分析流出液中各酸敏性离子的浓度o五、注意事项(1)实验过程中计算酸反应时间时一定要算入注酸的时间。(2)应根据储层类型来选择合适的酸液0六、实验数据记录及处理1.实验数据记录将实验中所测记的数据记录于表7-4-1中。表7-4-1酸敏实验数据记录表流体性质岩样性质时间min压差/MpaPHfl矿化度/(rng.1.-1)粘度./(mpa松)温度T/节长度t./cm直径r:/cm截面积/cm2»1fnJ2rI3rTJ2.实验数据计算将上述记录数据代入相应的计算公式，计算所得数据记录于表7-4-2和表7-4-3中。表7-4-2酸敏实验数据计算结果表(1)注酸前液测渗透率h,m2注酸后液测渗透率KWlJm2表7-4-3酸敏实验数据计算结果表(2)流出液中金属离子质量浓度(mg.1.-1)Fe2+Fe3+Ca?+Mg2+AP+3.实验曲线的绘制(1)绘制注酸前后用地层水测得的岩样渗透率的变化情况，如图7-4-1所示。Ka盐水I5%HCIKa盐水O10203040SO楼加地层水渗透率“10，一)图7-4-115%酸敏曲线示意图(2)以驱替液的孔隙体积倍数为横坐标，以注酸过程中各酸敏性离子的浓度为第一纵坐标，以流出液的PH值为第二纵坐标，绘制酸敏曲线，如图7-4-2所示。图7-4-2酸敏离子浓度曲线示意图(-1二OWEbJl骨4.酸敏损害评价(1)酸敏指数按下式计算：1afX100%式中Ia一酸敏指数；ki一酸处理前用与地层水相同矿化度的kd盐水测定的岩样渗透率，Kad一酸处理后用与地层水相同矿化度的kd盐水测定的岩样渗透率，m2<(2)酸敏损害评价的指标见表7-4-4。表7-4-4酸敏损害评价指标酸敏指数/%酸敏损害程度Ja0弱酸敏0<三15中等偏弱酸数15<Ia三30中等偏强酸敏30<Ia三50强酸敏>50极弼酸效七、思考题(1)酸敏产生的实质是什么？(2)酸化过程中使用的酸液一般有哪几种？如何确定储层所需要使用的酸液类型？实验五碱敏性评价实验一、实验目的(1)检验岩样与碱液接触后的反应产物对储层渗透能力的影响。(2)找出碱敏发生的临界PH值。二、实验原理碱敏性是指碱性液体与储层矿物或流体接触发生反应，产生沉淀或释放出颗粒，导致岩石渗透率下降的现象。地层水PH值一般呈中性或弱碱性，而大多数钻井液和水泥浆的PH值在812之间。当高PH值的流体进入油气层后，将造成油气层中粘土矿物和硅质胶结物的破坏，从而造成油气层的堵塞损害.此外，大量氢氧根与某些二价阳离子结合后会生成不溶物，也会造成油气层堵塞损害。165实验过程中通过向岩样注入不同PH值(由低到高)的地层水并测定其渗透率，根据渗透率的变化来评价碱敏损害程度o岩样渗透率开始显著下降时的相应点的前一个PH值为临界PH值。碱敏评价可以确定临界PH值，可为各类工作液的设计提供依据三、实验仪器见实验一速敏性评价实验中的岩样流动实验流程图7-1-1。四、实验步骤(1)按地层水的矿化度配制相同矿化度的kd盐水，用稀Hd或稀NaoH溶液调节其PH值到67,记录初始PH值。(2)在驱替速度低于临界速度的情况下用该kd盐水测定岩样的渗透率。(3)用稀NaoH溶液调节kd盐水的PH值，并按11.5个PH值单位的间隔不断提高碱液的PH值(每提高11.5个值为一个实验点)。(4)依次向岩样中注入已调好PH值的碱性溶液1015倍孔隙体积，静止浸泡12h以上。(5)开驱替泵，用该碱液以低于临界流速的流量测岩样渗透率。(6)重复步骤(3)到(5),直到PH值提高到13为止。五、注意事项(1)用稀NaoH溶液调节kd盐水的PH值时，一定要精确测量。(2)实验过程中的驱替速度一定要低于临界流速。六、实验数据记录及处理1.实验数据记录将实验中所测记的数据记录于表7-5-1中。表7-5-1碱敏实验数据记录表流体性质岩样性质平流泉流速/(m1.min-,)压差/Mpa时间F/松流量c11V盐水PH值粘度/(mpa.松)温度F/节长度/cm直径Il/cm截面积cm2Vi2V3FiDir2“I3Th2 .实验数据计算将实验计算所得的数据记录于表7-5-2中。表7-5-2碱敏实验数据计算结果表PH值Kim23 .实验曲线绘制以PH值为横坐标，以不同PH值碱液测定的岩样渗透率为纵坐标，作碱度曲线图。4 .碱敏损害评价(1)PH值变化产生的碱敏指数按下式计算：Ib_Kw-Kmm00%CW式中八一碱敏指数；Kw一初始盐水测定的岩样渗透率，m2；Icmin一系列碱液测定的岩样渗透率的最小值，PR?。(2)碱敏损害评价指标见表7-5-3。表7-5-3碱歌损害评价指标碱敏指数/%碱敏损害程度=5无碱敏5<!b=3O弱碱敏30<Ib三50中等偏弱碱敏50<Ib三70中等偏强碱数>70强硬敏七、思考题在碱敏性评价实验过程中，为何每一级PH值地层水替换完毕后需将岩心在其中浸泡12h以上？实验六粘土膨胀评价实验一、实验目的(1)通过粘土矿物在不同溶液介质(如蒸僧水、3%kd以及煤油)中膨胀性的评价，了解粘土矿物在不同介质中的膨胀情况(2)通过对粘土在蒸储水和kd中的水化膨胀情况的对比，验证钾离子对粘土矿物水化膨胀的抑制作用。二、实验原理1.粘土水化膨胀机理粘土的水化膨胀分为两个过程：1)表面水化表面水化是由粘土晶体表面(膨胀性粘土表面包括外表面和内表面)吸附水分子与交换性阳离子水化而引起的。表面水是多层的。第一层水是水分子与粘土表面的六角形网格的氧原子形成氢键而保持在表面上的。水分子也通过雪键结合为六角环。第二层也以类似情况与第一层以氢键连接，以后的水层照此继续。氢键的强度随离开表面距离的增加而降低.2)渗透水化由于晶层之间的阳离子浓度大于溶液内部的浓度，因此水发生浓度扩散，进入层间，由此增加晶层间距，从而形成扩散双电层。渗透膨胀引起的体积增加比晶格膨胀大得多。例如，在晶格膨胀范围内，每克干粘土大约可吸收05g水，体积可增加1倍。但是，在渗透膨胀的范围内，每克干粘土大约可吸收IOg水，体积可增加20-25倍。当粘土表面吸附的阳离子浓度高于介质的浓度时，便产生渗透压，从而引起水分向粘土晶层间扩散，水的这种扩散程度受电解质的浓度差的控制，这就是渗透水化膨胀的机理O2.kd粘土稳定剂原理粘土稳定剂总的来说是利用粘土表面化学离子交换的这一特点，改变结合离子而改变其理化性质的ok十可通过阳离子交换作用大量交换到粘土粒子表面，从而有效地抑制了粘土的表面渗透水化作用。三、实验仪器及药品(1)电子天平：精度为0.001g(2)量筒：量程为IOm1.o(3)离心管：量程为IOm1.,精度为0.2m1.(4)离心机：转速02000rmin.(5)烘箱。(6)一级膨润土。(7)kd:化学纯。(8)煤油。(9)蒸储水。四、实验步骤(1)将膨润土粉在105节土5节条件下烘干至恒重。(2)配制3%kd溶液o称量3gkc1.置于100m1.自来水中充分溶解，待用o(3)称取05g膨润土粉，精确至0.0OIg,装入Iom1.离心管中，加入IOm1.3%kd溶液反复振荡，充分摇匀，保证膨润土充分分散(不结块为度)，在室温下存放2h(4)将离心管装入离心机内，在转速为1500rmin下离心分离15min,读出水化膨润土所占的体积1.(5)用IOm1.蒸储水取代滤液重复上述步骤，测膨润土在水中所占的体积2(6)用Iom1.煤油取代滤液重复上述步骤，测膨润土在水中所占的体积V。五、实验数据记录及处理将实验中记录的数据及实验数据计算结果填于表7-6-1中。建议推荐体系滤液防膨率按下式计算：V2-V1-2_vX100式中，1.滤液防膨率，；"一膨润土在滤液中的膨胀体积，m1.;12一膨润土在蒸储水中的膨胀体积，m1.;一膨润土在煤油中的膨胀体积，m1.表7-6-1膨润土粉防膨率测算数据测试液体膨润土粉膨胀体积/m1.防膨率/%煤油蒸储水3%kcl溶液六、思考题(1)膨润土在蒸储水、煤油和kd溶液中的膨胀规律及机理是什么？(2)请列举主要的几种粘土矿物，并描述这几种粘土矿物的水化膨胀性。参考文献1严家被.工程流体力学实验指导书.荆州：江汉石油学院，1999.2贺五洲，陈嘉范，李春华.水力学实验.北京：清华大学出版社，2004.3杨小亭，冯彩凤.水力学实验指导书.武汉：武汉大学，2002.4王允诚，向阳，邓礼正，等.油层物理学.成都：四川科学技术出版社，2006.5杨胜来，魏俊之.油层物理学.北京：石油工业出版社，2004.6单钮铭.油层物理学实验指导书：电子版，2001.7薛峰舞，王金勋.油层物理实验讲义.荆州：长江大学，2004.8江汉石油学院渗流力学教研室.渗流力学实验指导书.荆州：江汉石油学院，1992.9江汉石油学院钻井教研室.石油工程专业实验讲义.荆州：江汉石油学院，1995.10陈庭根，管志川.钻井工程理论与技术.北京：石油工业出版社，2000.11陈寿平，胡靖邦.石油工程.北京：石油工业出版社,2000.12长江大学石油工程学院采油实验室.采油工艺原理实验.荆州：长江大学，2005.13张填.采油工程原理与设计.东营：石油大学出版社，2001.14徐同台.保护油气层技术.第2版.北京：石油工业出版社，2003.15沈平平.油层物理实验技术.北京：石油工业出版社，1995.