CN103135127B - 一种致密砂岩物理模型及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种致密砂岩物理模型及其制作方法，所述方法包括：将颗粒石粉与粘度较低的环氧树脂和固化剂按照一定比例均匀混合，放入制作模具内进行压实处理，压力在2MPa以上，保持压力使均匀混合物凝固成块，然后取出，烘烤使其完全固化，得到致密砂岩物理模型。本发明依据地震物理模拟技术特点，从实际地层特征与实验室模型制作的关系出发，解决了砂岩模型在设计和制作中可能出现的问题，从而能够更好地利用这一技术开展砂岩储层地震波响应模拟研究。

Description

一种致密砂岩物理模型及其制作方法
技术领域
本发明涉及油气勘探和开发的地球物理研究领域，具体是关于一种人工致密砂岩物理模型的制作方法以及所制作得到的致密砂岩物理模型。
背景技术
天然砂岩是石英、长石等碎屑成分占50％以上的沉积碎屑岩，是源区岩石经风化、剥蚀、搬运在盆地中堆积形成。岩石由碎屑和填隙物两部分构成。碎屑除石英、长石外还有白云母、重矿物、岩屑等。填隙物包括胶结物和碎屑杂基两种组分。常见胶结物有硅质和碳酸盐质胶结；杂基成分主要指与碎屑同时沉积的颗粒更细的黏土或粉砂质物。填隙物的成分和结构反映砂岩形成的地质构造环境和物理化学条件。砂岩按其沉积环境可划分为：石英砂岩、长石砂岩和岩屑砂岩三大类。砂层和砂岩构成石油、天然气和地下水的主要储集层。
砂岩储层是由砂砾沉积并经胶结物胶结而成的多空介质，颗粒固体物质构成骨架，颗粒之间的间隙称为空隙或孔隙。砂岩主要是由性质不同、形状各异、大小不等的沙粒经胶结物胶结而成的。储层性质主要受颗粒的大小、形状、排列方式，胶结物的成分、数量、性质以及胶结方式的影响。
利用地震物理模型和室内超声波采集系统进行实验室采集、处理，进而研究特定模型的地震响应特征，已经成为储层岩石物理分析的一项重要技术。具有特定孔隙度、密度和速度的岩石物理模型的制作是其中一项关键技术，对于模拟特定的石油、天燃气储层具有重要的研究价值和意义。
地震物理模拟实验用砂岩是一种模拟天然砂岩成分和结构的人工砂岩，具有特定的储层地震参数，用于研究其特定地震反射信号特征与其储集参数之间的关系。对砂岩介质的研究已有近20年，在理论研究方面已有不少的文献资料，但在实验室能够较成功的制作出这种介质到目前为止国际上仅1～2家，相应的文献也较少。目前国内一些有石油勘探和开发有关单位对孔隙度大于20％的人工砂岩模型已经具有较为成熟的制作方法，但对孔隙度小于20％的人工砂岩模型，由于其具有低孔低渗致密的特点，对碎屑颗粒、胶结物及工艺有特殊的要求，制作难度较大，关于低孔低渗致密砂岩模型的制作技术目前在国内外还是一项空白技术。我国国内鄂尔多斯盆地、四川盆地等多个油、气区的储层都是致密砂岩储层，研究其含不同流体地震响应特征对于此类油气藏的勘探开发具有重要的指导意义。因此，致密、具有特定孔隙度、密度的砂岩物理模型的制作是当前必须解决的技术难题。
发明内容
本发明目的在于提供一种致密、具有特定孔隙度、密度的砂岩物理模型的制作方法，为下一步进行致密砂岩的地震物理模型模拟提供可用的模型材料，为实际砂岩储层研究结果的对比、验证提供可靠依据，提出一种研究致密砂岩油气储层地震勘探的新思路。
本发明的另一目的在于提供按照所述方法制作得到的砂岩物理模型。
一方面，本发明提供了一种致密砂岩物理模型的制作方法，该方法包括：
将颗粒石粉与环氧树脂和固化剂均匀混合，放入制作模具内进行压实处理，压力在2MPa以上，优选为2MPa～10MPa，保持压力使均匀混合物凝固成块，然后取出，烘烤使其完全固化，得到致密砂岩物理模型。
根据本发明的具体实施方案，本发明中，所述颗粒石粉选自石英砂和/或长石等各种天然砂。各种石粉的颗粒大小在50至800目范围内依据制作要求变化。
本发明中，所述环氧树脂是作为胶结物。本发明中对所述环氧树脂的具体种类无特殊要求，优选使用性能上粘度较低的环氧树脂。例如，可以使用商品型号618-2的环氧树脂，或者粘度相当或更低粘度的其他型号的环氧树脂。
根据本发明的具体实施方案，本发明中，所述环氧树脂与颗粒石粉的重量比可以为1∶6～10。所述固化剂的量可以根据环氧树脂的具体种类及固化要求而适当确定，通常为环氧树脂重量的10％～30％，例如，对于本发明所使用的商品型号618-2的环氧树脂，可使用商品型号593或5784的固化剂，固化剂的用量通常为环氧树脂重量的15％～25％左右。除特别说明外，本发明中所述比例和含量均为重量比例和含量。
实验室制作砂岩样品选定的原料有商业产品石英砂、长石及环氧树脂和固化剂，环氧树脂主要作为胶结物。
根据本发明的具体实施方案，烘烤温度优选为35℃～45℃，烘烤时间约4～10小时以上即可使混合物凝块完全固化，得到致密砂岩物理模型。
本发明还提供了按照本发明的方法制备得到的致密砂岩物理模型。
根据本发明的具体实施方案，本发明提供的致密砂岩物理模型，其密度范围在1.6g/cc到2.6g/cc之间；孔隙度较小，可控制在范围在30％以下，例如4％～25％之间，尤其可达到20％以下；纵波速度范围在2000m/s～4500m/s之间。
本发明的致密砂岩物理模型，可应用在砂岩储层的研究当中，为实际砂岩储层研究结果的对比、验证提供了可靠依据，提出了一种研究致密砂岩油气储层地震勘探的新的思路。本发明还提供了所述的致密砂岩物理模型在开展砂岩储层地震波响应模拟研究中的应用。利用本发明的致密砂岩制作物理模型，成功地模拟出了第一类及第三类AVO现象。
本发明依据地震物理模拟技术特点，从实际地层特征与实验室模型制作的关系出发，解决了砂岩模型在设计和制作中可能出现的问题，从而能够更好地利用这一技术开展砂岩储层地震波响应模拟研究。
附图说明
图1为本发明的致密砂岩物理模型的制作工艺流程图。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的技术及特点，但这些实施例并非用以限定本发明的保护范围。
实施例1
1、材料选择
依据制作样品的具体要求首先选用砂粒的类型(如石英砂、长石等天然砂)和颗粒大小，孔隙度较大的样品选用颗粒分选性较好的砂粒，孔隙度较小时砂粒的分选范围增大，适当增加400目以上的颗粒。
2、材料配比
为了把砂岩样品的孔隙度控制在30％以内，以石英砂、环氧树脂(型号618-2)和固化剂(型号593)的含量比例为6∶1∶20％进行制作。
本实施例中以80目石英砂、压力机为2MP压强来介绍制作方法和过程。请参见图1所示，具体操作如下：
拿一干燥洁净的桶作为容器，放在电子秤上，数据清零，带上手套从电子保温箱里取出环氧树脂，称取100g，清零后再称取20g固化剂，用洁净的筷子将环氧树脂和固化剂搅拌均匀，然后一起放在电子秤上数据清零，称取80目的石英砂600g，加入到搅拌均匀的环氧树脂与固化剂混合物中，用筷子尽量搅匀。
把桶里的基质倒在洁净的木板上，带上胶皮手套使劲搓，反复搓动几次使其均匀。另外将铁质模具清除干净并在模具内侧涂抹一层凡士林，使砂岩不与模具凝结在一起，以便于取出砂岩样品。
将搅拌均匀的砂岩基质均匀的放入方体模具中，直到砂岩样品的质量到500g左右，然后将模具放在压力器上水平固定，调整压强至2MP，就这样固定放置20个小时左右。
将模具拆卸，取出砂岩样品，把它放入40℃保温箱内2天左右使其彻底凝固。
将砂岩样品取出，用游标卡尺测量样品的长宽高，观察其是否一样。用砂纸反复打磨长度不一致的面，使其近似为长方体，打磨完后将样品放入40℃烤箱烘干，得到本实施例的人工致密砂岩物理模型。
经检测，本实施例的人工砂岩密度约1.97g/cc；孔隙度约20％；纵波速度约2870m/s。与实际砂岩地层参数相符，符合模拟实验要求。
利用本实施例的致密砂岩制作物理模型，能成功地模拟出第一类及第三类AVO现象。
实施例2
本实施例与实施例1相比，石英砂选择80目、100目和120目3种按照约1∶1∶1的重量混合到一起以增加变化，环氧树脂(型号618-2)与石英砂的比例为1∶10，并加入了环氧树脂质量的20％的固化剂(型号5784)，其他制备工艺同实施例1。得到本实施例的致密砂岩物理模型。
经检测，本实施例的人工砂岩密度约2.09g/cc；孔隙度约20％；纵波速度约3580m/s。与实际砂岩地层参数相符，符合模拟实验要求。
利用本实施例的致密砂岩制作物理模型，能成功地模拟出第一类及第三类AVO现象。
实施例3
本实施例与实施例1相比，石英砂(含有少量长石)选择120目、200目和400目3种按照约1∶2∶4的重量混合到一起以增加变化，环氧树脂(型号618-2)与石英砂的比例为1∶9，并加入了环氧树脂质量的25％的固化剂(型号593)，压力机器压强6MP，固定放置20个小时以上，其他制备工艺同实施例1。得到本实施例的致密砂岩物理模型。
经检测，本实施例的人工砂岩密度约2.30g/cc；孔隙度约16％；纵波速度约4300m/s。与实际砂岩地层参数相符，符合模拟实验要求。
利用本实施例的致密砂岩制作物理模型，能成功地模拟出第一类及第三类AVO现象。

Claims (4)

1.一种致密砂岩物理模型的制作方法，所述的致密砂岩物理模型其密度范围在1.6g/cc到2.6g/cc之间，孔隙度范围在4％～20％之间，纵波速度范围在2000m/s～4500m/s之间，所述方法包括：
将颗粒石粉与环氧树脂和固化剂均匀混合，放入制作模具内进行压实处理，压力在2MPa到10Mpa之间，保持压力使均匀混合物凝固成块，然后取出，放入35℃～45℃恒温烤箱内烘烤使其完全固化，得到致密砂岩物理模型；
其中，所述颗粒石粉选自石英砂和/或长石，所述颗粒石粉的大小为50目至800目，所述环氧树脂与颗粒石粉的重量比为1：6～10，所述固化剂的量为环氧树脂重量的10％～30％；所述环氧树脂为商品型号618-2的环氧树脂，固化剂为商品型号593或5784的固化剂。
2.一种致密砂岩物理模型，其是按照权利要求1所述的制作方法制备得到的，
所述致密砂岩物理模型的密度范围在1.6g/cc到2.6g/cc之间；孔隙度范围在4％～20％之间，纵波速度范围在2000m/s～4500m/s之间。
3.权利要求2所述的致密砂岩物理模型在开展砂岩储层地震波响应模拟研究中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其中，所述致密砂岩物理模型是用于模拟第一类及第三类AVO现象。
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