CN106198624A - 一种地层岩屑电动电位测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种地层岩屑电动电位测量方法，所述方法包括：称取地层岩屑并进行灼烧；将灼烧后的地层岩屑碾磨并过筛；将过筛后的地层岩屑配置成悬浮液，所述悬浮液的浓度为0.3％-1.0％；测定所述悬浮液的电动电位，本发明提供的地层岩屑电动电位测量方法，解决了现有技术中直接对地层岩屑的电动电位测量时，由于岩屑被钻井液处理剂包裹造成所测的电动电位数值无法准确地判断岩屑的分散性能及钻井液的抑制性能的技术问题。

Description

一种地层岩屑电动电位测量方法

技术领域

本发明涉及地层岩屑电动电位测量技术领域，特别涉及一种地层岩屑电动电位测量方法。

背景技术

地层页岩是由许多性质不同的各种粘土矿物，各种无机盐，等成分组成并经历了不同地质年代的地质作用所形成。不同地区、不同层位的页岩遇水而水化膨胀、水化分散是不同的，由此所产生的井壁稳定性也是不同的，页岩的水化分散以及水化膨胀能力的大小取决于它的电动电位的高低。岩屑的电动电位是指岩屑在溶液中扩散双电层的电位，它控制着扩散层的厚度和结合水的数量，因而对粘性土的工程地质性质有重要影响，其中，粘土矿物的电动电位的大小与粘土矿物的分散、膨胀、收缩、坍塌、渗透等特性均有密切关系，当粘土矿物的ζ电位小于-60mV时，属于极端分散；电动电位为-40mV左右时，属于较强分散；电动电位为-20mV左右时，属于可能分散；若电动电位为-10rnV左右时，属于不分散。因此，地层岩屑的电动电位的大小能用来判断矿物的膨胀、分散性能及钻井液的抑制性能等，地层岩屑准确的电动电位可以很直观地判断岩屑的分散性能，这样可以判断是否和钻井液体系的电动电位相匹配，可用于高电动电位钻井液、平衡地层电动电位钻井液、零电位差钻井液等体系的设计和维护以及处理剂的研发等方面，而且钻井液的电动电位高，对粘土矿物的抑制能力就强，就能达到稳定井眼、提高钻井速度、保护油气层、减少环境污染的目的。

目前，地岩屑电动电位的测量方法是将取至地下的岩屑配置成溶液，直接进行测量，然而由于岩屑受钻井液等污染，所取岩屑表面上包裹一定数量的钻井液处理剂，测量时岩屑表面的钻井液处理剂严重地影响了岩屑的电动电位，所以所测的电动电位数值不准确，而且不同时间测定的数据也不相同，数据重现性差，这样极大的阻碍了电动电位在高电动电位钻井液、平衡地层电动电位钻井液、零电位差钻井液等体系的设计和维护以及处理剂的研发等方面的应用。

发明内容

本发明提供一种地层岩屑电动电位测量方法，解决了现有技术中直接对地层岩屑的电动电位测量时，由于岩屑被钻井液处理剂包裹造成所测的电动电位数值无法准确地判断岩屑的分散性能及钻井液的抑制性能的技术问题。

本发明提供一种地层岩屑电动电位测量方法，所述方法包括：

称取地层岩屑并进行灼烧；

将灼烧后的地层岩屑碾磨并过筛；

将过筛后的地层岩屑配置成悬浮液，所述悬浮液的浓度为0.3％-1.0％；

测定所述悬浮液的电动电位。

本发明提供的地层岩屑电动电位测量方法中，首先称取一定量的地层岩屑，由于地层岩屑在钻井触动之前或在井筒中返到地面过程中受到钻井液的污染，本发明中，对称取的地层岩屑进行灼烧，灼烧过程中将有机污染物进行去除，本发明中，对地层岩屑进行灼烧时，其中，灼烧时，灼烧温度只需控制在能将地层岩屑表面包裹的污染物去除即可，若灼烧温度过高时可能会使地层岩屑发生变化，本发明中，灼烧温度可以选取800-1000℃内的任一温度，例如可以为900℃，还可以为950℃，本发明中，为了充分将地层岩屑表面包裹的污染物去除，在本发明的一个具体方案中，灼烧时间控制在0.5-2h，例如灼烧时间可以为0.5h，还可以为1.5h或2h，需要说明的是，当灼烧温度选取的较高时，可以选取较短的灼烧时间，例如当灼烧温度为1000℃时，可以选取灼烧时间为0.5h。

本发明中，将地层岩屑灼烧后，将灼烧后的底层岩屑进行碾磨，并过筛，本发明中，过筛时，可以采用孔筛，也可以采用缝筛，过筛后选取通过筛子的岩屑，并将过筛后的岩屑配置成悬浮液，本发明中，配置悬浮液时，悬浮液的浓度为0.3％-1.0％，即岩屑的质量占总悬浮液质量的百分比为0.3％-1.0％，本发明中配置悬浮液时，以水作为溶剂，以过筛后的岩屑作为溶质进行配置的，本发明中，悬浮液的浓度例如可以为0.3％，0.5％，0.8％或1.0％，具体根据实际应用选取合适的悬浮液浓度。本发明中，当配置好悬浮液后，测定悬浮液的电动电位，测得悬浮液的电动电位即为地层岩屑的电动电位，本发明中，具体的悬浮液电动电位的测定过程可以参见现有技术中电动电位的测定方法。

在本发明的一个具体方案中，所述将灼烧后的地层岩屑碾磨并过筛时，筛孔或筛缝的目数为200-400目，例如可以为200目、300目或400目，经过筛后，可以地层岩屑中的较大的杂质进行滤除，选取过筛后的岩屑作为测量对象。

在本发明的一个具体方案中，将过筛后的地层岩屑配置成悬浮液之后，需要将所述悬浮液进行静置，本发明中，静置时间至少为24h，例如静置可以为24h、30h或48h，测定时，选取静置后的悬浮液的上清液作为测量对象进行测定，其中上清液即为悬浮液静置后的中上部的澄清液。

在本发明的一个具体方案中，测定悬浮液的上清液时，具体可以使用Zeta电位仪测定上清液的电动电位，其中，Zeta电位仪为现有的设备，使用Zeta电位仪测定上清液的电动电位时，具体为，首先测定粒子的淌度，然而根据介质的粘度、介电常数及粒子的淌度计算得到Zeta电位，即得到地层岩屑的电动电位。

在本发明的一个具体方案中，所述悬浮液的浓度为0.5％，即悬浮液中，地层岩屑的质量占悬浮液总质量的百分比为0.5％，本实施例中，是以水作为溶剂，地层岩屑作为溶质。

在本发明的一个具体方案中，对地层岩屑进行灼烧时，采用电炉对所述地层岩屑进行灼烧，具体为首先将称取的地层岩屑置于烧杯中，然后将烧杯放置在电炉上进行灼烧。

本发明提供的地层岩屑电动电位测量方法，通过将称取的地层岩屑首先进行灼烧，将灼烧后的地层岩屑碾磨并过筛，将过筛后的地层岩屑配置成悬浮液，悬浮液的浓度为0.3％-1.0％，测定悬浮液的电动电位，测定得到悬浮液的电动电位即为地层岩屑的电动电位，因此，本发明提供的地层岩屑电动电位测量方法解决了现有技术中直接对地层岩屑的电动电位测量时，由于岩屑被钻井液处理剂包裹造成所测的电动电位数值不准确，因此无法准确地判断岩屑的分散性能及钻井液的抑制性能的技术问题。

附图说明

图1为本发明地层岩屑电动电位测量方法的流程示意图；

图2为哈15-10井不同井深的钻屑灼烧处理后测定的电动电位示意图；

图3为YM321-8H井不同井深的钻屑灼烧处理后测定的电动电位示意图；

图4为YM231井不同井深的钻屑灼烧处理后测定的电动电位示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的地层岩屑电动电位测量方法，由于钻井液中的助剂都带有很多正电荷(或负电荷)，即使非离子也带有大量极性基团，这些对电动电位都有影响。再次，钻井液中肯定存在大量纳米级胶粒，尤其对高度分散的纯膨润土浆液和长期使用的钻井液更是如此，它们对ξ电位测量产生一定的影响。此外，阳离子抑制剂对膨润土的影响，全阳离子体系中的包被剂和降滤失剂对膨润土的影响等，这些对钻井液及地层的电动电位测定会带来多大的影响，因此，本实施例中，首先对称取的地层岩屑进行灼烧，通过灼烧可以消除地层岩屑表面包裹的污染物，然后对灼烧后的地层岩屑经碾磨及过筛后获得过筛后的地层岩屑，并将过筛后的地层岩屑配置成悬浮液，测定悬浮液的电动电位，本发明提供的地层岩屑电动电位测量方法由于是在消除了地层岩屑表面包裹的污染物后测定的，因此，测定的地层岩屑电动电位较现有技术相比更加准确，因此可以准确地判断岩屑的分散性能及钻井液的抑制性能等。

实施例1

图1为本发明地层岩屑电动电位测量方法的流程示意图，本实施例中，地层岩屑电动电位测量方法如下步骤：

步骤101：称取地层岩屑并进行灼烧；

步骤102：将灼烧后的地层岩屑碾磨并过筛；

步骤103：将过筛后的地层岩屑配置成悬浮液，所述悬浮液的浓度为0.3％-1.0％；

步骤104：测定所述悬浮液的电动电位。

本实施例提供的地层岩屑电动电位测量方法，通过将称取的地层岩屑首先进行灼烧，将灼烧后的地层岩屑碾磨并过筛，将过筛后的地层岩屑配置成悬浮液，悬浮液的浓度为0.3％-1.0％，测定悬浮液的电动电位，测定得到悬浮液的电动电位即为地层岩屑的电动电位，本实施例提供的地层岩屑电动电位测量方法由于经过对地层岩屑的灼烧，消除了地层岩屑表面包裹的污染物，解决了现有技术中直接对地层岩屑的电动电位测量时，由于岩屑被钻井液处理剂包裹造成所测的电动电位数值不准确，导致无法准确地判断岩屑的分散性能及钻井液的抑制性能的技术问题。

实施例2

本实施例中，地层岩屑电动电位测量方法如下步骤：

1)称取地层岩屑(例如称取50g地层岩屑)，将地层岩屑在800℃下进行高温灼烧0.5小时；

2)将高温灼烧后的岩屑碾磨并过筛，过筛目数为200目；

3)取过筛后的岩屑，配置成浓度为0.5％的悬浮液，室温下静置24h；

4)取静置后的悬浮液的上清液，用Zeta电位仪测定上清液的电动电位。

按照上述实施例2的测量方法，对HA15-10井在5195m井深的钻屑进行测量，经测定，地层岩屑的电动电位为-22.6mV，作为对比，本实施例中，使用现有的方法直接对称取的HA15-10井在5195m井深的钻屑进行测定，经测定，地层岩屑的电动电位为-30.3mV，进一步的，本实施例中，作为对比，对称取的HA15-10井在5195m井深的钻屑先进行双氧水处理，双氧水处理后再使用Zeta电位仪测定钻屑的电动电位，经测定，双氧水处理后的地层岩屑的电动电位为-30.1mV，如表1所示，上述测定结果表明，直接对地层岩屑的测量结果和经双氧水处理后再测量的结果接近，而本发明用灼烧后再测量的电动电位高于直接测量及双氧水处理后测量的电动电位，同时，本发明通过灼烧处理后，上清液的颜色不同于直接测量和双氧水处理的上清液颜色。

表1 三种测量方法的测量结果

	直接测量	双氧水处理	灼烧处理(本发明)
				ζ(mV)	-30.3	-30.1	-22.6

Mob(μm cm/Vs)	-2.376	-2.356	-1.773
				上清液颜色	深棕	深棕	浅棕

如表1中所示，使用Zeta电位仪测定电动电位时，首先测定上清液中粒子的淌度(Mob)，然后根据淌度(Mob)、介质的粘度及介电常数计算得到Zeta电位，具体根据如下的Henry方程计算得到：

$U_E=\frac{2\mathrm{\ϵ\ζf}(K\∂)}{3\mathrm{\η}}$

其中，ε为介电常数，ζ为Zeta电位，为Henry函数，η为粘度，U_E为淌度，ε、及η为已知的参数，所以只需测定淌度就可以计算获得电动电位。

为了验证本发明提供的电动电位侧量方法比现有技术直接测量方法以及双氧水处理后再测量的方法更准确，本实施例中，选取与地层岩屑成分相似但未污染的膨润土粉，该膨润土粉地层岩屑成分相似，但未收到任何污染，所以直接测量方法测定的电动电位值可反应其真实的电动电位，首先用实施例1的测量方法，将膨润土粉在800℃下进行高温灼烧0.5小时，将高温灼烧后的岩屑碾磨并过筛，过筛目数为200目，取过筛后的岩屑，配置成浓度为0.5％的悬浮液，室温下静置24h，取静置后的悬浮液的上清液，用Zeta电位仪测定上清液的电动电位，经测定，膨润土粉的电动电位为-14.2mV，然后使用现有技术的直接测量方法，测定膨润土粉的电动电位，经测定，直接测量方法测定的膨润土粉的电动电位为-14.8mV，接着对膨润土粉进行双氧水处理后，则测定膨润土粉的电动电位，经测定，双氧水处理后的膨润土粉的电动电位为-10.5mV，三种测量方法如表2所示：

表2 三种测量方法对膨润土粉的测量结果

测定项目	直接测量	双氧水处理	灼烧处理(本发明)
				ζ(mV)	-14.8	-10.5	-14.2
Mob(μm cm/Vs)	-1.161	-0.8222	-1.110

由于膨润土粉没有收到钻井液污染，因此直接测量的电动电位值即为膨润土粉真实的电动电位值，从表2可以看出，膨润土粉真实的电动电位值即为-14.8mV，本发明提供的通过灼烧处理后测定电动电位的方法测到的电动电位值为-14.2mV，而双氧水处理后测定的电动电位值为-10.5，因此，本发明提供的通过灼烧处理后再测定电动电位的测量方法不改变岩屑的电动电位，能够准确地测量岩屑的电动电位，而采用双氧水氧化处理后测量的电动电位比实际的测量值大，说明双氧水氧化处理后有残留，影响电动电位，导致测量结果不准确。

因此，结合表2，从表1中可以看出，双氧水氧化法处理后测量的地层岩屑的电动电位值与直接测量污染后的地层岩屑的结果相差不大，上清液的颜色变化也不大，而从表2中得出，采用双氧水氧化处理后测量的电动电位测量结果是不准确的，因此，现有技术中采用直接对受到污染的地层岩屑测定时，测定结果也是不准确的，而双氧水氧化法处理时在部分消除钻井液对岩屑的污染的同时，氧化剂(双氧水)的残留再次反向影响电动电位，使测量结果仍然偏离实际的电动电位；而本发明方法通过彻底灼烧能消除钻井液对岩屑污染的影响，并不影响岩屑真实的电动电位，测量结果能反应岩屑的真实值，因此，本实施例提供的地层岩屑电动电位测量方法能够准确地测量地层岩屑的电动电位。

本实施例提供的地层岩屑电动电位测量方法，通过将称取的地层岩屑首先进行灼烧，将灼烧后的地层岩屑碾磨并过筛，将过筛后的地层岩屑配置成悬浮液，测定悬浮液的电动电位，解决了现有技术中直接对地层岩屑的电动电位测量时，由于岩屑被钻井液处理剂包裹造成所测的电动电位数值不准确，导致无法准确地判断岩屑的分散性能及钻井液的抑制性能的技术问题，同时，本实施例得出，通过双氧水对地层岩屑处理时，会影响地层岩屑的电动电位，导致测量结果也不准确。

实施例3

本实施例中，地层岩屑电动电位测量方法如下步骤：

1)称取受钻井液污染后的地层岩屑(例如称取50g地层岩屑)，将地层岩屑在900℃下进行高温灼烧0.5小时；

2)将高温灼烧后的岩屑碾磨并过筛，过筛目数为200目；

3)取过筛后的岩屑，配置成浓度为1.0％的悬浮液，室温下静置24h；

4)取静置后的悬浮液的上清液，用Zeta电位仪测定上清液的电动电位。

按照上述实施例3的测量方法，对HA15-10井在5195m井深的钻屑进行测量，经测定，地层岩屑的电动电位为-26.6mV，淌度为-2.082μm cm/Vs。

实施例4

本实施例中，地层岩屑电动电位测量方法如下步骤：

1)称取受钻井液污染后的地层岩屑(例如称取50g地层岩屑)，将地层岩屑在800℃下进行高温灼烧1.0小时；

2)将高温灼烧后的岩屑碾磨并过筛，过筛目数为200目；

3)取过筛后的岩屑，配置成浓度为0.5％的悬浮液，室温下静置24h；

4)取静置后的悬浮液的上清液，用Zeta电位仪测定上清液的电动电位。

按照上述实施例4的测量方法，对HA15-10井在5195m井深的钻屑进行测量，经测定，地层岩屑的电动电位为-22.9mV，淌度为-1.798μm cm/Vs。

实施例5

本实施例中，地层岩屑电动电位测量方法如下步骤：

1)称取受钻井液污染后的地层岩屑(例如称取50g地层岩屑)，将地层岩屑在800℃下进行高温灼烧1.5小时；

2)将高温灼烧后的岩屑碾磨并过筛，过筛目数为200目；

3)取过筛后的岩屑，配置成浓度为0.5％的悬浮液，室温下静置24h；

4)取静置后的悬浮液的上清液，用Zeta电位仪测定上清液的电动电位。

按照上述实施例5的测量方法，对HA15-10井在5195m井深的钻屑进行测量，经测定，地层岩屑的电动电位为-25.3mV，淌度为-1.985μm cm/Vs。

实施例6

本实施例中，地层岩屑电动电位测量方法如下步骤：

1)称取受钻井液污染后的地层岩屑(例如称取50g地层岩屑)，将地层岩屑在800℃下进行高温灼烧2.0小时；

2)将高温灼烧后的岩屑碾磨并过筛，过筛目数为200目；

3)取过筛后的岩屑，配置成浓度为0.5％的悬浮液，室温下静置24h；

4)取静置后的悬浮液的上清液，用Zeta电位仪测定上清液的电动电位。

按照上述实施例6的测量方法，对HA15-10井在5195m井深的钻屑进行测量，经测定，地层岩屑的电动电位为-22.5mV，淌度为-1.764μm cm/Vs。

实验例1

根据上述实施例2的测量方法，测定哈15-10井不同井深处的钻屑的电动电位，具体为：称取不同井深的地层岩屑(例如称取50g地层岩屑)，将地层岩屑在800℃下进行高温灼烧0.5小时，将高温灼烧后的岩屑碾磨并过筛，过筛目数为200目，取过筛后的岩屑，配置成浓度为0.5％的悬浮液，室温下静置24h，取静置后的悬浮液的上清液，用Zeta电位仪测定上清液的电动电位，测定结果如表3和图2所示，其中，图2为哈15-10井不同井深的钻屑灼烧处理后测定的电动电位示意图。

表3 哈15-10井不同井深的钻屑灼烧处理后电动电位的测量结果

从表3和图2中看出，从1900m到4800m以及从4800m到6500m是两个明显的不同层次，前者灼烧后的电动电位在-8～-17mv范围，后者在-17～-24范围内，在4200m到6500m深度地层的电动电位更低，即对于在该地区钻井、深部地层的页岩水化分散同样值得关注，因此，通过本发明提供的地层岩屑电动电位的测量方法能准确地测定不同井深处岩屑的电动电位，根据测定的电动电位能判断岩屑的分散性能及钻井液的抑制性能。

实验例2

根据上述实施例2的测量方法，测定YM321-8H井不同井深处的钻屑的电动电位，具体为：称取不同井深的地层岩屑(例如称取50g地层岩屑)，将地层岩屑在800℃下进行高温灼烧0.5小时，将高温灼烧后的岩屑碾磨并过筛，过筛目数为200目，取过筛后的岩屑，配置成浓度为0.5％的悬浮液，室温下静置24h，取静置后的悬浮液的上清液，用Zeta电位仪测定上清液的电动电位，测定结果如表4和图3所示，其中，图3为YM321-8H井不同井深的钻屑灼烧处理后测定的电动电位示意图。

表4 YM321-8H井钻屑ζ测量结果

从表4和图3可以看出，对于YM321-8H井，从1600～2300m和3200～4200m两个区域分布着不等厚的泥膏岩，从电动电位测量结果看，该深度区间的地层电位处在-15～-22mV范围，属于水化分散地层。提高钻井液的电动电位到高于-15mV对防止水化分散是应该采取的措施之一。进一步将电动电位提至-10mv以上，对稳定井壁和提高机械钻速可能更加理想。

实验例3

根据上述实施例2的测量方法，测定YM231井不同井深处的钻屑的电动电位，具体为：称取不同井深的地层岩屑(例如称取50g地层岩屑)，将地层岩屑在800℃下进行高温灼烧0.5小时，将高温灼烧后的岩屑碾磨并过筛，过筛目数为200目，取过筛后的岩屑，配置成浓度为0.5％的悬浮液，室温下静置24h，取静置后的悬浮液的上清液，用Zeta电位仪测定上清液的电动电位，测定结果如表5和图4所示，其中，图4为YM231井不同井深的钻屑灼烧处理后测定的电动电位示意图。

表5 YM231井钻屑ζ测量结果

从表5和图4可以看出，对于YM231井在井深1500m-3500m，即库车组合康村组地层，电动电位一般在-15mV～-23mV区间，属于易水化分散地层，也就是说在二开之后应注意加强泥浆的抑制性，防止井壁的水化膨胀和泥浆中钻屑的水化分散。在4000～4400m井深，即吉迪克组，电动电位在-15mV～-21mV之间，也属于水化分散地层，增加阳离子的使用量，提高钻井液的电动电位，都是应当采取的措施。

从实验例1-3可以看出，本发明提供的地层岩屑电动电位测量方法能够准确地测定不同井深处的岩屑，根据获得的岩屑的电动电位可以用来分析地层岩屑分散特性及指导钻井液的处理维护。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种地层岩屑电动电位测量方法，其特征在于，所述方法包括：

称取地层岩屑并进行灼烧；

将灼烧后的地层岩屑碾磨并过筛；

将过筛后的地层岩屑配置成悬浮液，所述悬浮液的浓度为0.3％-1.0％；

测定所述悬浮液的电动电位。

2.根据权利要求1所述的地层岩屑电动电位测量方法，其特征在于，所述地层岩屑灼烧时，灼烧温度为800-1000℃。

3.根据权利要求1所述的地层岩屑电动电位测量方法，其特征在于，所述地层岩屑灼烧时，灼烧时间为0.5-2h。

4.根据权利要求1-3任一所述的地层岩屑电动电位测量方法，其特征在于，所述将灼烧后的地层岩屑碾磨并过筛时，筛孔或筛缝的目数为200-400目。

5.根据权利要求1-3任一所述的地层岩屑电动电位测量方法，其特征在于，所述将过筛后的地层岩屑配置成悬浮液之后，还包括：

将所述悬浮液静置，静置时间至少为24h。

6.根据权利要求5所述的地层岩屑电动电位测量方法，其特征在于，所述测定所述悬浮液的电动电位，包括：

称取静置后的悬浮液的上清液；

测定所述上清液的电动电位。

7.根据权利要求6所述的地层岩屑电动电位测量方法，其特征在于，用Zeta电位仪测定所述上清液的电动电位。

8.根据权利要求1-3任一所述的地层岩屑电动电位测量方法，其特征在于，所述悬浮液的浓度为0.5％。

9.根据权利要求1-3任一所述的地层岩屑电动电位测量方法，其特征在于，用电炉对所述地层岩屑进行灼烧。