粘土岩水化膨胀因素试验研究
摘 要：在石油天然气钻井、基础工程钻掘及其他遇到泥岩、页岩、粘土等地层钻进时，常常会造成井壁失稳、井眼缩径、坍塌和储层损害等，通常我们把这些现象和膨胀联系起来，而在含粘土矿物较高的软弱岩层中，受到不同程度破坏的现象更为突出。
粘土水化膨胀的评价方法主要是吸水量法和膨胀量法，本文以膨胀量法为主，在模拟地层温度和压力的环境下，对粘土岩水化膨胀的因素进行了试验。试验表明，在一定条件下，升高温度，增大粘土岩的水化膨胀速度，最终的膨胀量却是相同的；随着压力的增大，膨胀量会趋于变小。
关键词：粘土岩；水化膨胀；温度；压力
1 室内试验研究
1.1主要设备和材料
自由膨胀率试验仪、岩石粉碎仪、电子天平和温度计，其中试验仪需要满足零到一百八十摄氏度的控温范围标准，并且控温灵敏度是正负一摄氏度。电热烘箱的控温范围要求在零到三百摄氏度之间，电子天平的精度是0.0000。
原材料选用的是粘土岩及地层水。
1.2实验步骤
在进行实验的过程中，需要按照相关标准操作，首先就要将粘土岩打磨到100目以内，或采用尺寸为0.15mm标准的孔筛进行筛料，再将打磨烘干好的粘土岩粉末置于天平上，称取8g的粉末作为实验用料，并采用压力机进行五分钟的0.01pa加压，最后再将它放到膨胀试验仪中，加入地层水，并测定4h 的线性膨胀率。
2 水化膨胀影响因素实验
2.1与温度关系的实验
在进行温度对水化膨胀影响实验的过程中，需要在常压的环境下设定不同的温度条件，并随着时间变化进行观察，最终得出试验数据和结论。
在实验中将温度设置为从20到100摄氏度依次递增的范围内，并模拟出地层水的环境，将实验材料放置其中随着时间推移观察变化，从图示可以看出，温度条件下粘土岩水化分散膨胀率的变化是极其显著的，尤其是在实验初始阶段的1h之内，随着时间的增加而变化的，温度愈高膨胀率越明显，在整个实验的过程中是一直呈现上升状态的，其中位于2h的实验阶段趋于平衡，之后随着实验时间的延长，变化的速度逐渐减慢并趋于相同。
2.2与压力关系的实验
在二十摄氏度的环境中，设定压力值为0.1MPa到3.5MPa的递增条件，将粘土岩放到模拟地层水的测验筒之中，并随着时间的推移进行观察，记录实验的变化数据和结果。
在自然条件下，压力能够对粘土岩产生作用，取决于两种因素，分别是外加压力对膨胀压力的抵消作用，以及压力对水分子快速融入粘土矿物晶格的促进作用，而压力对粘土矿物最终的影响结果则有这两种作用中较强的一方决定，压力条件的变化对粘土岩是有着显著影响的，具体表现为随着压力的逐渐增大，膨胀率会趋于变小。
2.3温度和压力的共同作用实验
结合上述两种实验，再进行温度和壓力的共同实验，模拟高温高压的自然环境，测验粘土岩水化膨胀的变化趋势。得出试验结果，粘土岩并不是随着温度和压力条件的变化而呈现出规律递增的，当温度在一百摄氏度条件下，水化膨胀量的变化是最大的。当温度升至一百二十度时，水化膨胀量相当于六十度到八十度之间的数值，这也就表明了温度和压力的条件越复杂，粘土岩水化的膨胀变化也更为多变。
3 结论与建议
根据不同温度和压力环境下的实验结果，可知粘土岩水化膨胀有着较强的依时特点，因此在实验过程中，必须要保证对现场工况环境的高效模拟呈现，只有提高了实验条件的真实性，才能得出更加可靠的实验结论。
粘土岩水化膨胀量是随着压力的增大而变小的，当温度在八十摄氏度以内时，温度的增加会使得其膨胀量变大，但是在温度处于五十摄氏度之际会出现明显的拐点，这主要是由于温度和压力以及粘土矿物空隙中的气泡共同作用而形成的。
由于实验条件和仪器的限制，很难再高于一百二十度的温度条件下进行粘土岩的水化膨胀实验，但是随着深井钻探技术的发展需求变化，超过一百二十度的作业环境也是随时出现的，因此希望有条件的实验室能够进行超过120℃的黏土矿物膨胀性质实验，为以后的勘察钻探工程的顺利发展奠定基础。
参考文献
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（作者单位：云南地质工程勘察设计研究院）