页岩水化特性室内实验研究

游佳春

（成都理工大学能源学院，四川 成都610059）

页岩气作为一种重要的非常规天然气资源，分布广泛，储量巨大，在美国成功对页岩气进行商业开采后[1]，其作为替代能源，在燃料行业应用广泛[2,3]。但页岩地层水化导致井壁失稳严重制约了页岩气的高效开发，因此，有必要进行页岩水化特性实验研究，为后续页岩地层井壁稳定技术提供依据[4-6]。

1 实验部分

1.1 膨胀率与滚动回收率实验

实验依据行业标准SY/T 5613-2000《泥页岩理化性能试验方法》[7]测试林页1 井页岩膨胀率与滚动回收率。实验结果（图1，表1）表明，岩心膨胀率在前200min 内急剧上升，达到6%左右，600min 后膨胀率基本稳定在7%左右；页岩滚动回收率平均值为96.6052%。结果表明林页1 井页岩具有弱膨胀不易分散的特点。

图1 页岩膨胀曲线

表1 页岩滚动回收率测试结果

表2 岩心近平衡自吸实验数据

1.2 岩心自吸实验

将林页1 井岩心烘干后进行近平衡自吸实验，自吸时间为24h。实验结果（表2）表明，岩心最终自吸量为3.175～4.462PV,平均值为林页1 井储层具有强自吸特征。

1.3 页岩水化强度实验

为明确钻井液对页岩强度的影响，选取6 块岩心进行三轴抗压实验，其中3 块进过钻井液中浸泡12h，另外3 块不浸泡。实验结果（表3，图2）表明，未经钻井液浸泡的三块岩心差应力为80.84～165.92MPa，平均值为135.47Mpa；经过钻井液浸泡的三块岩心差应力为47.25～153.5MPa，平均值为115.06Mpa。进过钻井液浸泡的岩心的抗压强度均有所降低。页岩水化强度实验表明，页岩经过钻井液浸泡后，会因水化作用而膨胀，造成抗压强度、粘聚力、岩石强度及井壁稳定性下降，进而引起井壁失稳问题。

由于钻井液水化作用的影响，页岩原有的致密层状结构变得松散破碎，矿物颗粒之间的胶结逐步破坏，孔隙、裂隙增多，宏观上表现为页岩强度降低，抵抗变形能力减弱（表3、图2）。

2 结论

2.1 为高效经济开发页岩气，应提高钻井过程中的井壁稳定性，室内进行页岩水化特性实验可为井壁稳定技术提供依据。

表3 页岩水化强度实验结果

图2 所选6 块岩心差应力- 应变曲线

2.2 由于钻井液水化作用的影响，会破坏页岩原有的层状结构，导致页岩抗压强度降低，进而减弱页岩抵抗变形能力。