CN105973670B - 一种岩心提纯粘土及粘土溶蚀表征的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩心提纯粘土及粘土溶蚀的表征方法,包括以下步骤:步骤1:岩心粘土提纯:①选取目标岩心粉碎,放入干净的烧杯中;②若岩心中含油,用酒精洗油,并用蒸馏水冲洗过滤,若不含油,直接用双氧水洗去岩心中的有机质,蒸馏水冲洗过滤至溶液呈中性;③加入蒸馏水得到粘土悬浮液,静止24小时后,取出悬浮液蒸干得到混合粘土;步骤2:将岩心提纯得到的粘土进行X衍射得到提纯粘土组成成分;步骤3:用特定的酸碱溶液进行溶蚀;步骤4:利用反应后溶液中的离子浓度、pH值,反应后粘土矿物质量变化、X衍射分析、比表面积、扫描电镜等方法表征粘土矿物的溶蚀状况。
Description
技术领域
本发明涉及油田开发生产技术领域,特别涉及一种岩心提纯粘土及粘土溶蚀表征方法。
背景技术
粘土矿物粒径小、比表面积大、敏感性强、易堵塞储层孔隙和喉道,减小储层的原生孔隙度和渗透率,是影响储层性质的关键因素。
粘土矿物属于层状硅酸盐矿物,其主要单元是由二维排列的硅氧四面体和铝(或镁)氧八面体组成,但不同类型的粘土矿物由于单元之间的结合方式和数量比例不同,而具有不同的物理化学性质,它们对储层有着不同的潜在损害。各类常见敏感性矿物主要敏感性特征见表1。
表1粘土矿物常见敏感性特征
因此在油田生产中,针对粘土矿物的储层敏感性,将粘土矿物进行提纯,对后续研究粘土矿物的敏感性特征至关重要,为了更好地研究研究区储层中粘土矿物的敏感性特征,需要对储层中的粘土矿物进行提纯。
发明内容
本发明的目的是提供一种岩心提纯粘土及粘土溶蚀表征方法,可以更好地研究储层中粘土矿物的敏感性特征。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现。
1、一种储层粘土提纯方法,包括以下步骤:
步骤1,取目标岩心粉碎至230目,并将粉碎后的岩心放入干净的烧杯中,备用;
步骤2,若所述岩心中含油,用酒精反复冲洗并过滤所述岩心,直至冲洗液表层无油出现,随后用蒸馏水冲洗并过滤;若所述岩心不含油,直接用双氧水洗去所述岩心中的有机质,直至上层溶液呈中性,随后用蒸馏水冲洗过滤;
步骤3,将所述步骤2处理后的岩心中加入蒸馏水得到岩心悬浊液,静止24小时后,得到粘土悬浮液;
步骤4,将上述粘土悬浮液蒸干即可得到混合粘土。
2、粘土溶蚀的表征方法:
将岩心提纯得到的粘土进行X衍射得到提纯粘土组成成分,并对粘土矿物进行溶蚀实验,利用反应后溶液中的离子浓度、PH值、反应后粘土矿物质量变化、扫描电镜、X衍射分析、比表面积方法表征粘土矿物的溶蚀状况,其具体表征方法为:
(1)离子浓度表征粘土矿物溶蚀特征
步骤1,制备300ml浓度为0.1-5mol/L的NaOH溶液,固液比为1:100g/ml;
步骤2,将所述粘土矿物和上述配比的NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,并置于马弗炉内,在恒温150℃条件下加热1-36h;
步骤3,加热完成后,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将反应后的粘土矿物过滤烘并干称重;
步骤4,测定反应后溶液中的离子浓度。
(2)溶液pH表征粘土矿物溶蚀特征
步骤1,制备300ml浓度为0.1-5mol/L的NaOH溶液,固液比为1:37.5g/ml;
步骤2,将所述粘土矿物和上述配比的NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,放入马弗炉内,在恒温150℃条件下加热1-36h;
步骤3,加热完成后,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将反应后的粘土矿物过滤烘并干称重;
步骤4,对反应后溶液进行pH浓度测定。
(3)粘土矿物反应后的质量变化表征粘土矿物溶蚀情况
步骤1,制备酸液,其包含15%HCl、8%HBF4,还包含3%NH4F和30%H2O2中的任意一种,固液比为1:37.5g/ml;
步骤2,将所述粘土矿物和上述酸液放入哈氏合金反应釜中密闭,放入马弗炉内,在恒温150℃条件下加热1-3h;
步骤3:加热完成后,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,将反应后的粘土矿物过滤烘并干称重,并对其质量进行统计分析。
(4)扫描电镜表征粘土矿物溶蚀特征
步骤1,制备300ml浓度为0.1-5mol/L的NaOH溶液,固液比为1:150g/ml;
步骤2,将所述粘土矿物和上述配比的NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,随后放入马弗炉内,在恒温150℃条件下加热1-36h;
步骤3,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将反应后的粘土矿物过滤烘并干称重。
步骤4,将反应过后的粘土矿物进行扫描电镜观察,对比其溶蚀特征。
(5)X衍射表征粘土矿物溶蚀特征
步骤1,制备300ml浓度为0.1-5mol/L的NaOH溶液,固液比为1:100g/ml;
步骤2,将所述粘土矿物和上述配比的NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,随后放入马弗炉内,在恒温150℃条件下加热1-36h;
步骤3,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将反应后的粘土矿物过滤烘并干称重;
步骤4,对反应后的粘土矿物进行XRD检测。
(6)比表面积法表征粘土矿物的溶蚀情况
步骤1,制备300ml浓度为0.1-5mol/L的NaOH溶液,固液比为1:37.5g/ml;
步骤2,将所述粘土矿物和上述配比的NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,随后放入马弗炉内,在恒温150℃条件下加热1-36h;
步骤3,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将反应后的粘土矿物过滤烘并干称重;
步骤4:对所述步骤3的粘土矿物用于比表面积测定。
本发明方法操作简单,安全可靠,其中表征方法中质量损失法和反应后溶液PH值测定法方便操作、成本低;X衍射可以研究粘土矿物溶蚀后的成分变化及反应后粘土矿物剩余量;扫描电镜可以清楚的观察粘土矿物溶蚀形态;离子浓度分析法可以通过反应后溶液中离子浓度的变化趋势,表征粘土矿物的溶蚀情况;氮气吸附法测定粘土矿物比表面积是目前测量比表面积最可靠、最有效、最经典的方法,可以直接测得矿物的比表面积特征、分子层孔径特征,具有准确直观的特点。
附图说明
图1为高岭石与NaOH溶液反应后的液相中的硅离子的浓度变化曲线图;
图2为高岭石与NaOH溶液反应后的液相中的铝离子的浓度变化曲线图;
图3为蒙脱石反应后溶液pH变化曲线图;
图4为伊利石与不同浓度NaOH溶液反应3h扫描电镜照片,其中NaOH浓度从左到右依次为0.1%、1%、5%;
图5为高岭石与NaOH溶液反应36h后的X-衍射图;
图6为不同NaOH溶液浓度条件下蒙脱石比表面积及孔容对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明,但本发明不限于这些实施例。
实施例
一种储层粘土提纯方法,包括以下步骤:
步骤1:取目标岩心粉碎至230目(0.063mm),放入干净的烧杯中;
步骤2:若岩心中含油,用酒精洗油,反复冲洗过滤,直至溶液表层无油出现,最后用蒸馏水冲洗过滤;若不含油,直接用双氧水洗去岩心中的有机质,直至上层溶液呈中性,用蒸馏水冲洗过滤;
步骤3:加入蒸馏水得到岩心碎屑悬浊液,静止24小时后,得到粘土悬浮液;
步骤4:取出悬浮液蒸干得到混合粘土;
将岩心提纯得到的粘土进行X衍射得到提纯粘土组成成分,并对粘土矿物进行溶蚀实验,利用反应后溶液中的离子浓度、PH值、反应后粘土矿物质量变化、扫描电镜、X衍射分析、比表面积方法表征粘土矿物的溶蚀状况,其具体表征方法为:
(1)离子浓度表征粘土矿物溶蚀特征
步骤1,分别制备浓度为0.1、1、5mol/L的300mlNaOH溶液,固液比为1:100g/ml;
步骤2,将3.00g高岭石固体样品和NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,放入马弗炉内,在恒温150℃条件下,加热1h、2h、3h、6h、12h、24h、36h;
步骤3,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将高岭石样品过滤烘并干称重;
步骤4,对反应后的溶液用用Cary-50型紫外分光光度计测定测定反应后溶液中的Si、Al离子浓度。
高岭石与0.1%、1%和5%的NaOH溶液反应1h、2h、3h、6h、12h、24h、36h后的液相中的硅、铝离子的浓度变化曲线如图1和图2所示。
综合高岭石与不同浓度的NaOH溶液反应后的硅、铝离子浓度曲线(图1,图2),当反应时间相同时,NaOH的浓度越高,硅、铝离子的浓度越高,因此高岭石的溶蚀反应越强烈,与5%的NaOH溶液反应最强烈。
(2)溶液pH表征粘土矿物溶蚀特征
步骤1,分别制备浓度为0.1、1、5mol/L的300mlNaOH溶液,固液比为1:37.5g/ml;
步骤2,将8.00g蒙脱石固体样品和NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,放入马弗炉内,在恒温150℃条件下,加热1h、2h、3h、6h、12h、24h、36h;
步骤3,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将蒙脱石样品过滤烘并干称重;
步骤4,对反应后溶液进行pH浓度测定。
蒙脱石在碱液中反应,会使得碱浓度下降,说明蒙脱石与强碱能够发生反应并消耗氢氧根离子。碱浓度越大,碱耗量也越大,表明碱浓度越大,蒙脱石的反应程度越大(参照图3)。
不同浓度下具体碱耗量如表2所示,在不同浓度下,溶液pH值在2h时都出现了异常低值,推测原因可能是蒙脱石的在2h时膨胀作用达到最强,蒙脱石层间的水合离子吸附氢氧根离子。同时,由于膨胀作用使得蒙脱石的内表面积达到最大,蒙脱石表面对氢氧根离子的吸附能力达到最强,造成大量氢氧根离子被吸附在蒙脱石表面。所以pH值在2h附近时出现异常低值,当反应继续进行时,蒙脱石被溶蚀,层间的水合离子被释放出来,其吸收的氢氧根离子也被释放出来,而蒙脱石内表面发生溶蚀,被吸附的氢氧根离子也被释放出来,这样使得溶液中pH值再次升高。
表2不同浓度下的碱耗量
碱浓度(%) | 0.1 | 1 | 5 |
碱耗量(mol/L) | 10-5-10-7 | 10-2.2-10-3.8 | 10-1-10-2.5 |
(3)粘土矿物反应后的质量变化表征粘土矿物溶蚀情况
步骤1,分别制备不同浓度成分的酸的混合溶液,固液比为1:37.5g/ml;
步骤2,将8.00g蒙脱石固体样品和不同溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,放入马弗炉内,在恒温150℃条件下,加热1h、2h、3h;
步骤3,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将蒙脱石样品过滤烘并干称重;
对烘干称重的蒙脱石的质量进行统计分析,详见表3。
蒙脱石与15%HCl+8%HBF4+3%NH4F酸化配方反应时,随着时间反应时间的增加,蒙脱石的溶蚀程度先变弱后逐渐增强,且在1h时,溶蚀程度最强;蒙脱石与15%HCl+8%HBF4+30%H2O2酸化配方反应时,溶蚀强度先增强后减弱,在2h蒙脱石溶蚀程度最强。
表3蒙脱石与不同酸化溶液反应后质量损失统计表
酸化方案 | 质量损失/% | 反应时间/h |
15%HCl+8%HBF4+3%NH4F | 24.50% | 1h |
15%HCl+8%HBF4+3%NH4F | 19.79% | 2h |
15%HCl+8%HBF4+3%NH4F | 20.83% | 3h |
15%HCl+8%HBF4+30%H2O2 | 23.75% | 1h |
15%HCl+8%HBF4+30%H2O2 | 27.54% | 2h |
15%HCl+8%HBF4+30%H2O2 | 16.18% | 3h |
(4)扫描电镜表征粘土矿物溶蚀特征
步骤1,分别制备浓度为0.1、1、5mol/L的300mlNaOH溶液,固液比为1:150g/ml;
步骤2,将2.00g伊利石固体样品和NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,放入马弗炉内,在恒温150℃条件下,加热1h、2h、3h、6h、12h、24h、36h;
步骤3,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将伊利石样品过滤烘并干称重。
步骤4,将反应过后的伊利石进行扫描电镜观察,对比其溶蚀特征。
由伊利石与不同浓度NaOH溶液反应3h扫描电镜照片(参照图4)可以看出,伊利石与5%NaOH溶液反应3h时,溶蚀程度很强,有较大的数量较多的溶蚀孔出现,矿物表面的伊利石大量溶蚀,仅有少量骨架残留,伊利石与碱液反应时间相同时,随着NaOH溶液浓度的增高,伊利石的溶蚀孔的数量增多,溶蚀程度增强。
(5)X衍射表征粘土矿物溶蚀特征
步骤1,分别制备浓度为0.1、1、5mol/L的300mlNaOH溶液,固液比为1:100g/ml;
步骤2,将3.00g高岭石固体样品和NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,放入马弗炉内,在恒温150℃条件下,加热1h、2h、3h、6h、12h、24h、36h;
步骤3,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将高岭石样品过滤烘并干称重;
步骤4,对反应后的高岭石用Xpert MPD Pro XRD仪进行检测。
通过高岭石与不同浓度的NaOH溶液反应36h后的固相高岭石的X-衍射结果(参照图5),可以看出随着NaOH溶液浓度的升高,高岭石的主要特征峰强度出现了明显的降低。由于X-衍射峰强度的降低是由于矿物结晶程度降低、微结构遭到破坏所导致的,因此高岭石的溶蚀程度随NaOH浓度的升高是逐渐增强。
(6)比表面积法表征粘土矿物的溶蚀情况
步骤1,分别制备浓度为0.1、1、5mol/L的300mlNaOH溶液,固液比为1:37.5g/ml;
步骤2,将8.00g蒙脱石固体样品和NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,放入马弗炉内,在恒温150℃条件下,加热1h、2h、3h、6h、12h、24h、36h;
步骤3,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将蒙脱石样品过滤烘并干称重;
步骤4,对已经烘干的残余蒙脱石样品用于比表面积测定,比表面积测定采用TristarⅡ3020孔隙度及比表面积测试仪,通过对BET方程和试验、理论的综合,测定出孔隙的容积和样品中所有孔径分属的不同结构分类。
蒙脱石与不同浓度的NaOH溶液反应参照图6,孔隙比表面积及孔容整体变化趋势为,随着NaOH溶液浓度增加逐渐减少;蒙脱石与浓度为0.1%mol/L的NaOH反应时,2h时出现比表面积及孔容均为最低值,2h到3h快速升高后随着反应时间增加缓慢降低,再次验证反应2h时比表面积及孔容最低值是蒙脱石膨胀的结果,反应3h后孔隙结构的变化是由于蒙脱石膨胀后溶蚀的结果;蒙脱石与浓度为1%、5%mol/L的NaOH溶液反应,蒙脱石比表面积及孔容变化走势基本相同均先快速升高后缓慢降低,且蒙脱石与浓度5%mol/L的NaOH反应的比表面积及孔容曲线基本在蒙脱石与浓度为1%mol/L的NaOH曲线之下,说明蒙脱石与1%、5%的NaOH溶液反应膨胀发生在1h之前,NaOH溶液浓度越高,蒙脱石膨胀越快,且被溶蚀的越多。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种储层粘土提纯方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,取目标岩心粉碎至230目,并将粉碎后的岩心放入干净的烧杯中,备用;
步骤2,若所述岩心中含油,用酒精反复冲洗并过滤所述岩心,直至冲洗液表层无油出现,随后用蒸馏水冲洗并过滤;若所述岩心不含油,直接用双氧水洗去所述岩心中的有机质,直至上层溶液呈中性,随后用蒸馏水冲洗过滤;
步骤3,将所述步骤2处理后的岩心中加入蒸馏水得到岩心悬浊液,静止24小时后,得到粘土悬浮液;
步骤4,将上述粘土悬浮液蒸干即可得到混合粘土;
将岩心提纯得到的粘土进行X衍射得到提纯粘土组成成分,并对粘土矿物进行溶蚀实验,其酸碱溶蚀的表征方法为:
(1)离子浓度表征粘土矿物溶蚀特征
步骤1,制备300mL浓度为0.1-5mol/L的NaOH溶液,固液比为1:100g/mL;
步骤2,将所述粘土矿物和上述配比的NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,并置于马弗炉内,在恒温150℃条件下加热1-36h;
步骤3,加热完成后,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将反应后的粘土矿物过滤烘并干称重;
步骤4,测定反应后溶液中的离子浓度;
(2)溶液pH表征粘土矿物溶蚀特征
步骤1,制备300mL浓度为0.1-5mol/L的NaOH溶液,固液比为1:37.5g/mL;
步骤2,将所述粘土矿物和上述配比的NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,放入马弗炉内,在恒温150℃条件下加热1-36h;
步骤3,加热完成后,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将反应后的粘土矿物过滤烘并干称重;
步骤4,对反应后溶液进行pH浓度测定;
(3)粘土矿物反应后的质量变化表征粘土矿物溶蚀情况
步骤1,制备酸液,其包含15%HCl、8%HBF4,还包含3%NH4F和30%H2O2中的任意一种,固液比为1:37.5g/mL;
步骤2,将所述粘土矿物和上述酸液放入哈氏合金反应釜中密闭,放入马弗炉内,在恒温150℃条件下加热1-3h;
步骤3,加热完成后,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,将反应后的粘土矿物过滤烘并干称重,并对其质量进行统计分析;
(4)扫描电镜表征粘土矿物溶蚀特征
步骤1,制备300mL浓度为0.1-5mol/L的NaOH溶液,固液比为1:150g/mL;
步骤2,将所述粘土矿物和上述配比的NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,随后放入马弗炉内,在恒温150℃条件下加热1-36h;
步骤3,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将反应后的粘土矿物过滤烘并干称重;
步骤4,将反应过后的粘土矿物进行扫描电镜观察,对比其溶蚀特征;
(5)X衍射表征粘土矿物溶蚀特征
步骤1,制备300mL浓度为0.1-5mol/L的NaOH溶液,固液比为1:100g/mL;
步骤2,将所述粘土矿物和上述配比的NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,随后放入马弗炉内,在恒温150℃条件下加热1-36h;
步骤3,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将反应后的粘土矿物过滤烘并干称重;
步骤4,对反应后的粘土矿物进行XRD检测;
(6)比表面积法表征粘土矿物的溶蚀情况
步骤1,制备300mL浓度为0.1-5mol/L的NaOH溶液,固液比为1:37.5g/mL;
步骤2,将所述粘土矿物和上述配比的NaOH溶液放入哈氏合金反应釜中密闭,随后放入马弗炉内,在恒温150℃条件下加热1-36h;
步骤3,待釜内温度降至室温,取出反应溶液,并将反应后的粘土矿物过滤烘并干称重;
步骤4,对所述步骤3的粘土矿物用于比表面积测定。
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