CN102443245A - 一种地震物理模型及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明为一种地震物理模型及其制备方法和应用。本发明的材料是由主料环氧树脂、橡胶和辅料及助剂固化剂、交联剂、稀释剂、除泡剂等组成。经专用的制作设备及制作工艺合成新型的地震物理模型材料，通过利用相似性原理建造地震物理模型，模拟实际的地质构造，用于地震波场和其他目的研究，研究地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征，同时也为油气勘探开发中新的方法和新理论的验证提供了比较客观的依据。

Description

一种地震物理模型及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及地球物理勘探领域，特别是涉及一种用于地震波场研究中模拟实际地质构造的地震物理模型及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国油气勘探开发工作的不断深入，扩大油气发现的焦点已逐渐向复杂地区延伸。许多地质现象及波场传播理论急待得到进一步的验证与完善，勘探方法也有待进一步发展。

地震勘探是地球物理勘探中重要的方法之一，它所依据的是岩石的弹性，研究的基本方法是用炸药或非炸药人工激发地震波，地震波在通过地下不同的介质时，由于其弹性性质及几何形态的不同而千变万。根据接收到的地震波的旅行时间和速度资料，特别是根据波的振幅、频率及地层速度等参数，地震勘探研究人员可推断波的传播路径、介质岩石的结构性质，达到勘探的目的。

物理模型模拟技术是地球物理研究的关键技术之一，是从事理论问题研究的重要“助手”，也是生产应用中减少地球物理问题多解性的有效手段，是研究复杂地震波场特征最有效、最直接的方法，模型材料研究是地震物理模拟的基础。三维地震物理模型是研究复杂地质条件下地震波传播响应的有效手段之一，它可以正确地模拟全波地震波场，有效地鉴定绕射波和侧面波的收敛归位质量。

地震物理模拟的最大优点是其结果的真实性。它不受计算方法、假设条件的限制，在三维复杂地震模拟中，具有快速和经济的特点。因此，受到国内外石油公司、大学和研究机构的普遍重视，在石油天然气勘探、开发中的应用越来越广泛。因此，它的应用前景广阔。

选择或调配出能与自然地层岩性速度可类比的模型材料并制作出逼真的地质构造模型是地震物理模拟技术成功的关键之一。为此，有针对性地开展复杂地表和复杂储层的模型材料模拟技术研究，结合油气勘探开发难题，开展复杂地表和复杂储层模拟及波场特征分析，对实际勘探有重要现实的意义。

中国专利CN1772809A公开了一种“用于地震物理模型的高分子合成材料及其制备方法”。但是由于它的选材和制备方法的局限，其制备的产品只局限于2000M/S以下的速度的模型材料。目前现有技术存在的问题是：

1、模型材料可控速度有限；

2、模型材料弹性参数的稳定性还存在问题；

3、模型材料的衰减性能认识还不够；

4、模型制作过程中周期长、材料价格高；

5、现有模型材料对于储层模拟有局限性。

发明内容

本发明目的在于，研制的环氧树脂、硅橡胶合成新型的地震物理模型材料，通过利用相似性原理建造的地震物理模型，模拟实际的地质构造，研究地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征，同时也为油气勘探开发中新的方法和新理论的验证提供了比较客观的依据。目前，这种模型制作已经达到国内外领先水平。

本发明之一的地震物理模型是这样实现的，

所述地震物理模型的传播速度为1000～3500m/s之间可调，优选为1000～2600m/s之间可调；

所述地震物理模型的合成材料由主料和辅料及助剂组成；

所述的主料为环氧树脂和/或硅橡胶；

所述的辅料及助剂包括交联剂、稀释剂、填料、偶联剂、固化剂、促进剂、除泡剂。

所述的主料中，

环氧树脂选自：E-44环氧树脂、E-51环氧树脂或E-44酚醛环氧树脂；

所述的硅橡胶选自甲基室温硫化硅橡胶100、甲基室温硫化硅橡胶50、106硅橡胶或107硅橡胶中一种或两种。

所述的辅料及助剂中：

固化剂：选自DMP-30、己二胺、三乙烯四胺、固化剂T-31、固化剂593中的一种或两种，

稀释剂：选自邻苯二甲酸二丁酯、丙酮、乙醇中的一种或两种；

交联剂：选自正硅酸乙酯、二硅酸乙酯；

促进剂：二丁基二月桂酸锡；

填料：选自气相法白炭黑、钛白粉、还原铁粉、石英粉、铝粉、滑石粉、硅酸铝、TiO₂中一种或两种，

偶联剂：选自KH-550硅烷偶联剂、KH-560硅烷偶联剂、TH-570硅烷偶联剂中一种的；

除泡剂：磷酸三丁脂。

在具体实施中，按重量份数比计、所述的主料和辅料及助剂的组成为：

固化剂：15-30

稀释剂：15-30

填料：5-160

交联剂：3-5

促进剂：0.6-2

偶联剂和除泡剂：0-4

其余为环氧树脂和/或硅橡胶。

优选方案是，

所述的环氧树脂为E-51环氧树脂，5-100；

所述的硅橡胶为甲基室温硫化硅橡胶100或者甲基室温硫化硅橡胶50，5-100；

所述的固化剂为固化剂593，15-30；

所述的促进剂为二丁基二月桂酸锡，0.6-1；

所述稀释剂为邻苯二甲酸二丁酯或丙酮或乙醇，15-30；

所述的填料为气相法白炭黑或氢氧化铝粉，5-160；

所述的偶联剂为KH-560硅烷，1-5；

所述的除泡剂为磷酸三丁脂，0.01-0.05。

本发明之二的的地震物理模型的制备方法依次包括如下步骤：

(一)确定配方

首先根据研究目标，确定模拟的目的层位，再根据地质构造解释设计模型，确定模型的几何相似比和动力学相似比；

接着针对不同的层位、不同的构造的要求，通过分层模型材料的选择、根据环境温度、散热情况进行温度、配方的选择后作出相同环境的模型小样测试；

配方初步确定后，按照模型的几何尺寸和形状制作初步模具，浇注模型中的一层，模型固化后脱模，脱模后测定该层的地震参数；重复上述过程，逐层浇注模型中的各层，同时对已经粘合在一起的各层震相再观测一次，直至制作出理想的物理模型后，确定配方；

(二)模型材料制备

1)按照步骤(一)确定的配方，选择环氧树脂、硅橡胶的一种或两种掺混，一并放入烘箱，温度控制在30---70度之间，时间1-4小时取出，经过除泡处理后备用；

2)固化剂、稀释剂、助剂经过除泡处理后备用；

3)环氧树脂或硅橡胶或环氧树脂和/或硅橡胶，加入填料、稀释剂、偶联剂、除泡剂后，高速混合，时间3---5分钟，经过除泡处理后，温度控制在15----35度之间备用；

4)加入固化剂、促进剂、交联剂高速混合，经过除泡处理后得到模型材料；

(三)制模

按照模型的几何尺寸和形状制作模具，用步骤(二)得到的模型材料浇注模型中的一层，模型固化后脱模，冷却后即制备成模型；

重复上述过程，逐层浇注制备模型中的各层。

本发明之三是地震物理模型在研究地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征中的应用。

所述的应用为模拟实际地质构造、研究地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征，以及正确地模拟全波地震波场、有效地鉴定绕射波和侧面波的收敛归位质量。

本发明涉及一种环氧树脂、硅橡胶合成地震物理模型材料，该材料是由主料环氧树脂、橡胶和辅料固化剂、交联剂、稀释剂、除泡剂组成。经专用的制作设备及制作工艺合成新型的地震物理模型材料，通过利用相似性原理建造地震物理模型，模拟实际的地质构造，用于地震波场研究、地层——岩性研究、缝——洞储层研究、井间地震研究和其他目的研究，研究地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征，同时也为油气勘探开发中新的方法和新理论的验证提供了比较客观的依据。

环氧树脂固化后测试的速度一般在2500m/s左右。硅橡胶是一种直链状的高分子量的聚硅氧烷，硅橡胶固化后测试的速度在1000m/s左右。它们固化后材料性能稳定、材料均匀、透声性好。硅橡胶对环氧树脂有改性增韧的作用，改善环氧树脂质脆、易开裂、抗冲击性差等弱点，同时也改变了介质的弹性参数。二者混合后，根据不同的比例，材料速度可在1000～2600m/s之间变化，混入其它模型材料还可增大速度变化范围，可塑性强，适于构建各种复杂地质形态的模型。

本发明所述的环氧树脂、硅橡胶合成地震物理模型材料经测试，得出配置的新型复合材料的速度范围见图1。同时得出不同岩样的速度与振幅关系图2和不同的速度与养护时间的关系图3。这些新型复合材料已用于实际地球物理模型的制造。见本发明工艺流程图4。

图1是不同配比环氧树脂和硅橡胶合成地震物理模型材料速度图，表示环氧树脂和硅橡胶合成地震物理模型材料的速度范围。通过不同的速度的模型材料，可以模拟地下岩石弹性结构，制作物理模型，进行地震勘探物理模拟物理试验。

地震勘探物理模拟物理试验过程是：用超声激发地震波，地震波通过物理模型材料弹性性质及几何形态的变化，来模拟地下不同的岩石介质的弹性性质及几何形态的变化，根据接收波的旅行时间和速度资料，推断波的传播路径和介质结构，而根据波的振幅、频率及地层速度等参数，推断岩石的性质，达到勘探的目的。

图2表示不同岩样的速度与振幅关系，振幅的大小是表示用超声激发地震波通过物理模型材料弹性性质的能力，说明材料实验性能的优劣。

图3表示不同的速度与养护时间的关系，说明模型材料速度的稳定性能。速度的大小表示模型材料速度的稳定性能与时间的关系。

模型建造时，首先要根据研究目标，确定模拟的目的层位，然后根据地质构造解释设计模型，确定模型的几何相似比和动力学相似比，接着针对不同的层位、不同的构造、选择合适的模型材料，再根据不同的速度、不同温度、不同速度层的物理形态的散热等情况调整配方，进行小样测试，确定适当的配方。配方确定后，按照模型的几何尺寸和形状制作模具，这样就可浇注模型中的一层，模型固化后脱模，脱模后测定该层的地震参数。重复上述过程，逐层浇注模型中的各层，同时对已经粘合在一起的各层震相再观测一次，直至制作出理想的物理模型。

图4是工艺流程。

发明的效果：

通过用环氧树脂、硅橡胶合成地震物理模型材料，利用相似性原理建造的地震物理模型，模拟实际的地质构造，用于地震波场研究、地层——岩性模型研究、缝——洞储层模型研究、井间地震物理模型研究和其他目，如：广角地震、三维缝洞、复杂风化面、高陡构造深大断裂、复杂山地近地表、海洋半背斜、陆上复杂尖灭/夹层研究的模型。研究地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征，同时也为油气勘探开发中新的方法和新理论的验证提供了比较客观的依据。通过利用相似性原理建造的地震物理模型，用环氧树脂、硅橡胶研制合成的地震物理模型材料，模拟实际的地质构造，用于地震波场研究、地层——岩性模型研究、缝——洞储层模型研究、井间地震物理模型研究和其他目，如：广角地震、三维缝洞、复杂风化面、高陡构造深大断裂、复杂山地近地表、海洋半背斜、陆上复杂尖灭/夹层研究的模型。研究地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征，同时也为油气勘探开发中新的方法和新理论的验证提供了比较客观的依据。通过以上模型试验的地质效果来看，用环氧树脂、硅橡胶研制合成的地震物理模型材料，模拟实际地质构造的地震波场研究达到预期的效果。

物理模型实验投资小、效率高、容易实现方法攻关。在具备完善先进的软硬件条件及高水平制模工艺的前提下，可以充分发挥地震物理模型的技术优势，针对具体地质目标，进行模拟攻关，指导实际油气勘探实践。结合超声地震模型实验进行相关的先导性研究，扩大油气藏发现，为提高油气采收率服务。

附图说明

图1为本发明的速度范围图

图2为不同岩样的速度与振幅关系图

图3为不同的速度与养护时间的关系图

图4为本发明模型制备的工艺流程图。

具体实施方式

本发明优选的实施方式，详细说明如下。

(一)确定配方

首先根据研究目标，确定模拟的目的层位，再根据地质构造解释设计模型，确定模型的几何相似比和动力学相似比；

接着针对不同的层位、不同的构造的要求，通过分层模型材料的选择、根据环境温度、散热情况进行温度、配方的选择后作出相同环境的模型小样测试；

配方初步确定后，按照模型的几何尺寸和形状制作初步模具，浇注模型中的一层，模型固化后脱模，脱模后测定该层的地震参数；重复上述过程，逐层浇注模型中的各层，同时对已经粘合在一起的各层震相再观测一次，直至制作出理想的物理模型后，确定配方；

(二)模型材料制备

本发明所述的环氧树脂、硅橡胶合成地震物理模型材料，该材料是由主料环氧树脂为E-44环氧树脂或E-51环氧树脂、E-44酚醛环氧树脂；橡胶为106硅橡胶或107硅橡胶中一种或两种，固化剂为DMP-30(商品名，即2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚)、己二胺、三乙烯四胺、T-31、593中的一种或两种，稀释剂为邻苯二甲酸二丁酯、丙酮、乙醇中的一种或两种。填料、气相法白炭黑、钛白粉、还原铁粉、石英粉、铝粉、滑石粉、硅酸铝、TiO2中一种或两种，和其它的助剂：偶联剂、除泡剂等。其中各种材料的重量份数比：

固化剂：15-30

稀释剂：15-30

填料：5-160

交联剂：3-6

促进剂：0.6-2

偶联剂和除泡剂：0-4

其余为环氧树脂和/或硅橡胶。

环氧树脂、硅橡胶合成地震物理模型材料的制备方法，按以下步骤进行：

1、首先选择环氧树脂、硅橡胶一种或两种，放入烘箱，温度控制在30---70度之间，时间1-4小时取出，经过除泡处理后备用。

2、固化剂、稀释剂、助剂经过除泡处理后备用。

3、环氧树脂或硅橡胶或环氧树脂和硅橡胶，加入填料、稀释剂、偶联剂、除泡剂高速混合，时间3---5分钟，经过除泡处理后，温度控制在15----35度之间备用。

4、加入固化剂、交联剂高速混合，经过除泡处理后得到模型材料；

(三)制模

按照模型的几何尺寸和形状制作模具，用步骤(二)得到的模型材料浇注模型中的一层，模型固化后脱模，冷却后即制备成模型；

重复上述过程，逐层浇注制备模型中的各层。

实施例1

甲基室温硫化硅橡胶          100

正硅酸乙酯                  4

二丁基二月桂酸锡            1

磷酸三丁脂                  0.3

白炭黑(SiO2)                5

KH-560硅烷偶联剂             1

以上按重量分数计。

1、把硅橡胶倒入容器，放入烘箱，温度控制在50度之间，时间4小时取出，然后将容器放入密封箱中抽真空，排出材料中的气泡，真空压力控制在-0.1Mpa，抽120分钟备用。

2、正硅酸乙酯、二丁基二月桂酸锡、磷酸三丁脂经放入容器中，各自在密封箱中抽真空，排出材料中的气泡，真空压力控制在-0.1Mpa，抽60分钟备用。

3、在硅橡胶中，加入白炭黑(SiO2)、磷酸三丁脂搅拌混合，时间5---8分钟，放入密封箱中抽真空，排出材料中的气泡，真空压力控制在-0.1Mpa，抽30分钟，温度控制在15----35度之间备用。

4、加入正硅酸乙酯、二丁基二月桂酸锡、搅拌混合，放入密封箱中抽真空，排出材料中的气泡，真空压力控制在-0.1Mpa，抽20分钟，倒入模具，在常温下带模养护两天，拆模，模型制成。经测试所得模型材料的参数：VP＝1000、A＝180，速度稳定。其中：VP是纵波速度；A是振幅，振幅的大小是表示用超声激发地震波通过物理模型材料弹性性质的能力，说明材料实验性能的优劣。

实施例2～39

参照实施例1，用类似的方法和步骤，选取不同比例的主料环氧树脂和/或硅橡胶的配比，得到不同的模型材料参数模型。配料方法祥见下表1本发明实施例一览表，效果见附图1(图中横坐标表示39个实施例，纵坐标表示模型的纵波速度VP)。

表1本发明实施例一览表(表中的数据为重量份数比)

Claims (9)

1.一种地震物理模型，其特征在于：

所述地震物理模型的传播速度为1000～3500m/s之间可调；

所述地震物理模型的合成材料由主料和辅料及助剂组成；

所述的主料为环氧树脂和/或硅橡胶；

所述的辅料及助剂包括交联剂、稀释剂、填料、偶联剂、固化剂、促进剂、除泡剂。

2.如权利要求1所述的地震物理模型，其特征在于：

所述的地震物理模型的传播速度为1000～2600m/s之间可调；

所述的主料中，

环氧树脂选自：E-44环氧树脂、E-51环氧树脂或E-44酚醛环氧树脂；

所述的硅橡胶选自甲基室温硫化硅橡胶100、甲基室温硫化硅橡胶50、106硅橡胶或107硅橡胶中一种或两种。

3.如权利要求2所述的地震物理模型，其特征在于：

所述的辅料及助剂中：

固化剂：选自DMP-30、己二胺、三乙烯四胺、固化剂T-31、固化剂593中的一种或两种，

稀释剂：选自邻苯二甲酸二丁酯、丙酮、乙醇中的一种或两种；

交联剂：选自正硅酸乙酯、二硅酸乙酯；

促进剂：二丁基二月桂酸锡；

填料：选自气相法白炭黑、钛白粉、还原铁粉、石英粉、铝粉、滑石粉、硅酸铝、TiO₂中一种或两种，

偶联剂：选自KH-550硅烷偶联剂、KH-560硅烷偶联剂、TH-570硅烷偶联剂中一种的；

除泡剂：磷酸三丁脂。

4.如权利要求3所述的地震物理模型，其特征在于，按重量份数比计、所述的主料和辅料及助剂的组成为：

固化剂：15-30

稀释剂：15-30

填料：5-160

交联剂：3-6

促进剂：0.6-2

偶联剂和除泡剂：0-4

其余为环氧树脂和/或硅橡胶。

5.如权利要求4所述的地震物理模型，其特征在于按重量份数比计、所述的主料和辅料及助剂的组成为：

所述的环氧树脂为E-51环氧树脂，5-100；

所述的硅橡胶为甲基室温硫化硅橡胶100或者甲基室温硫化硅橡胶50，5-100；

所述的固化剂为固化剂593，15-30；

所述的促进剂为二丁基二月桂酸锡，0.6-2；

所述稀释剂为邻苯二甲酸二丁酯或丙酮或乙醇，15-30；

所述的填料为气相法白炭黑或氢氧化铝粉，5-160；

所述的偶联剂为KH-560硅烷，1-5；

所述的除泡剂为磷酸三丁脂，0.01-0.05。

6.如权利要求1～5之一所述的地震物理模型，其特征在于：

所述的地震物理模型按以下步骤方法制备：

(一)确定配方

首先根据研究目标，确定模拟的目的层位，再根据地质构造解释设计模型，确定模型的几何相似比和动力学相似比；

接着针对不同的层位、不同的构造的要求，通过分层模型材料的选择、根据环境温度、散热情况进行温度、配方的选择后作出相同环境的模型小样测试；

配方初步确定后，按照模型的几何尺寸和形状制作初步模具，浇注模型中的一层，模型固化后脱模，脱模后测定该层的地震参数；重复上述过程，逐层浇注模型中的各层，同时对已经粘合在一起的各层震相再观测一次，直至制作出理想的物理模型后，确定配方；

(二)模型材料制备

1)按照步骤(一)确定的配方，选择环氧树脂、硅橡胶的一种或两种掺混，一并放入烘箱，温度控制在30---70度之间，时间1-4小时取出，经过除泡处理后备用；

2)固化剂、稀释剂、助剂经过除泡处理后备用；

3)环氧树脂或硅橡胶或环氧树脂和/或硅橡胶，加入填料、稀释剂、偶联剂、除泡剂后，高速混合，时间3---5分钟，经过除泡处理后，温度控制在15----35度之间备用；

4)加入固化剂、促进剂、交联剂高速混合，经过除泡处理后得到模型材料；

(三)制模

按照模型的几何尺寸和形状制作模具，用步骤(二)得到的模型材料浇注模型中的一层，模型固化后脱模，冷却后即制备成模型；

重复上述过程，逐层浇注制备模型中的各层。

7.如权利要求1～6之一的地震物理模型的制备方法，其特征在于：

所述的制备方法依次包括如下步骤：

(一)确定配方

首先根据研究目标，确定模拟的目的层位，再根据地质构造解释设计模型，确定模型的几何相似比和动力学相似比；

接着针对不同的层位、不同的构造的要求，通过分层模型材料的选择、根据环境温度、散热情况进行温度、配方的选择后作出相同环境的模型小样测试；

配方初步确定后，按照模型的几何尺寸和形状制作初步模具，浇注模型中的一层，模型固化后脱模，脱模后测定该层的地震参数；重复上述过程，逐层浇注模型中的各层，同时对已经粘合在一起的各层震相再观测一次，直至制作出理想的物理模型后，确定配方；

(二)模型材料制备

1)按照步骤(一)确定的配方，选择环氧树脂、硅橡胶的一种或两种掺混，一并放入烘箱，温度控制在30---70度之间，时间1-4小时取出，经过除泡处理后备用；

2)固化剂、稀释剂、助剂经过除泡处理后备用；

3)环氧树脂或硅橡胶或环氧树脂和/或硅橡胶，加入填料、稀释剂、偶联剂、除泡剂后，高速混合，时间3---5分钟，经过除泡处理后，温度控制在15----35度之间备用；

4)加入固化剂、促进剂、交联剂高速混合，经过除泡处理后得到模型材料；

(三)制模

按照模型的几何尺寸和形状制作模具，用步骤(二)得到的模型材料浇注模型中的一层，模型固化后脱模，冷却后即制备成模型；

重复上述过程，逐层浇注制备模型中的各层。

8.如权利要求1～6之一的地震物理模型在研究地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征中的应用。

9.如权利要求8的地震物理模型的应用，其特征在于：

所述的应用为模拟实际地质构造、研究地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征，以及正确地模拟全波地震波场、有效地鉴定绕射波和侧面波的收敛归位质量。

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