CN103616715A - 一种人工砂岩物理模型及其制作方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种人工砂岩物理模型及其制作方法与应用。该人工砂岩物理模型的制作方法包括以下步骤：将石英砂、长石、高岭土和滑石进行球磨混合，得到一混合粉体；在混合粉体中加入粘结剂，搅拌混合均匀后，得到一混合物料；将混合物料放入模具中，得到填充混合物料的模具；将填充混合物料的模具进行压实处理后，依次对坯体进行烘烤、烧结，得到人工砂岩物理模型。本发明的人工砂岩物理模型由上述方法制作得到。本发明还提供该人工砂岩物理模型在砂岩储层地震波响应模拟研究中的应用。本发明制作得到了各项岩石物理参数和力学特征更加接近天然岩石的人工砂岩物理模型，使该人工砂岩物理模型能够应用在砂岩储层地震波响应模拟研究中。
Description
技术领域
本发明涉及一种人工砂岩物理模型及其制作方法与应用，属于油气勘探和开发的地球物理研究技术领域。
背景技术
自然界中的砂岩是指由石英、长石等碎屑矿物成分沉积形成的沉积碎屑岩，是源区岩石经过风化、剥蚀、搬运等一系列地质作用在盆地中堆积形成的。砂岩岩石由碎屑和填隙物两部分构成。碎屑主要是石英、长石两种矿物，此外还有白云母、重矿物、岩屑等。填隙物包括胶结物和碎屑杂基两种组分。砂岩常见胶结方式有硅质胶结和碳酸盐质胶结；杂基成分主要指与碎屑同时沉积的颗粒更细的黏土矿物或粉砂质物。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。砂岩一般可划分为：石英砂岩、长石砂岩和岩屑砂岩三大类。
砂层和砂岩是构成石油、天然气和地下水储集和运移的主要地层。砂岩储层是由砂砾沉积并经过胶结物胶结而形成的多孔介质，固体颗粒构成骨架，颗粒之间的间隙称为孔隙。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形成的。砂岩储层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、性质以及胶结方式所控制。
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。其中一项关键技术是制作具有特定孔隙度、密度和速度的岩石物理模型，用于模拟特定的油气储层。这是一项具有重要的研究价值和意义的工作。
在地震物理模拟实验中，用到的砂岩是一种模拟天然砂岩的成分和结构的人工砂岩，具有特定的储层岩石物理和地震参数，用于研究其地震响应与储集参数之间的关系。长期以来，国内外制作人工砂岩通常是采用环氧树脂胶结石英砂的方式，但是这种方式制作出来的人工砂岩，其矿物成分与天然砂岩相差较大，而作为胶结物的环氧树脂与天然砂岩的胶结物和胶结方式有着非常大的差别。在实际地下地层中，岩石是处于高温高压的状态，而地层中的孔隙流体会收到温度和压力的影响，若要真实的反应储层的岩石物理参数和地震响应，必须对人工砂岩进行高温高压条件下的测试。而传统的利用环氧树脂胶结石英砂制作出来的人工砂岩，不能承受较高的压力和温度，因此不能真实地反映地下储层的岩石物理特征和地震响应。因此，寻找制作人工砂岩的新方法新工艺，制作出与天然砂岩的矿物成分、孔隙结构等各种参数都相似的人工砂岩，是当前必须解决的技术难题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种人工砂岩物理模型及其制作方法。本发明的制作方法能够制作得到更接近于天然岩石的人工砂岩物理模型。
本发明的目的还在于提供上述人工砂岩物理模型在砂岩储层地震波响应模拟研究中的应用。
为达上述目的，本发明提供一种人工砂岩物理模型的制作方法，其包括以下步骤：
将石英砂、长石、高岭土和滑石进行球磨混合，得到一混合粉体；
在所述混合粉体中加入粘结剂，搅拌混合均匀后，得到一混合物料；
将所述混合物料放入模具中，得到填充混合物料的模具；
将所述填充混合物料的模具进行压实处理后，得到坯体，将所述坯体依次进行烘烤、烧结后，得到所述的人工砂岩物理模型。
在上述的制作方法中，优选地，所述石英砂、长石、高岭土和滑石的重量比为10:1:1:1-10:3:1.5:1。更优选地，所述石英砂、长石、高岭土和滑石的重量比为10:1:1:1。
在上述的制作方法中，优选地，石英砂、长石、高岭土和滑石的细度均为60至1000目，并且依据制作要求变化。更优选地，所述石英砂的细度为60-400目，所述长石的细度为325-350目，所述高岭土的细度为460-540目，所述滑石的细度为800-900目。选择不同目数的石英砂可制作出具有不同孔隙度的人工砂岩物理模型。要求制作孔隙度较大的物理模型则选用颗粒分选性较好的目数较大的砂粒，要求制作孔隙度较小的物理模型则选用颗粒分选范围较大的目数适当小的砂粒。还可以根据实际需要，采用不同目数的石英砂按照一定比例进行混合而使用。
在上述的制作方法中，优选地，所述混合粉体与粘结剂的重量比为10:1-10:3。更优选地，所述混合粉体与粘结剂的重量比为10:1。
在上述的制作方法中，优选地，所述粘结剂为水玻璃，该水玻璃粘结剂起到塑造坯体的作用。更优选地，所述水玻璃的模数为2.5，密度为1.4g/cc。使用模数稍低、密度稍小的水玻璃，能够延长固化时间，有利于混合物料和坯体的均匀。
在上述的制作方法中，优选地，所述模具为清洗干净并涂抹凡士林后的模具，使坯体不会与模具四周粘连。
在上述的制作方法中，优选地，所述压实处理的压力为10T至100T。所述压实处理为在10T至100T下保持一定时间，该时间可由本领域技术人员进行常规的调控，只要保证模具中的混合物料被压实即可。
在上述的制作方法中，优选地，所述烘烤的温度为40℃-60℃，烘烤时间根据湿度、温度等条件确定，可以为4-6天。烘烤后使坯体完全固化。
在上述的制作方法中，根据各原料的配比选择合适的烧结时间和升温速度，优选地，所述烧结的升温速度为5℃/min，烧结温度为1000-1300℃，时间为3-8小时（也就是以5℃/min的升温速度进行升温达到1000-1300℃保温3-8小时）。更优选地，烧结时间为5小时。
在上述的制作方法中，可以将烧结完毕并自然冷却至室温后的人工砂岩物理模型的边缘打磨光滑，并且可以通过切割钻柱等方式将其加工成所需要的形状和大小。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述制作方法包括以下步骤：
将石英砂、长石、高岭土和滑石按照10:1:1:1-10:3:1.5:1的重量比进行球磨混合，得到一混合粉体；
按照10:1-10:3的重量比在所述混合粉体中加入粘结剂，搅拌混合均匀后，得到一混合物料；
将所述混合物料逐层放入模具中，得到填充混合物料的模具；
将所述填充混合物料的模具在10T至100T的压力下进行压实处理后，得到坯体，将所述坯体放入恒温干燥箱中在40℃-60℃下烘烤4-6天，以使其完全固化，然后放入高温马弗炉内，以5℃/min的升温速度升温至1000-1300℃的烧结温度保温3-8小时进行烧结后，得到所述的人工砂岩物理模型。
本发明还提供一种人工砂岩物理模型，其是由上述的人工砂岩物理模型的制作方法所制作得到的。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述人工砂岩物理模型的密度为1.5g/cc-2.4g/cc，孔隙度为10%-30%，纵波速度为1500m/s-4500m/s。
本发明还提供上述的人工砂岩物理模型在砂岩储层地震波响应模拟研究中的应用。
本发明的人工砂岩物理模型，可用于研究砂岩储层的地球物理响应，为进行砂岩地震物理模型模拟提供模型材料，为实际的砂岩储层研究结果的对比及验证提供可靠的依据，以寻找研究砂岩油气储层地震勘探的新方法新思路。
本发明依据地震物理模拟技术特点，从实际地层特征中的岩石的结构和矿物成分与实验室模型制作的关系出发，制作得到了人工砂岩物理模型，使其各项岩石物理参数和力学特征更加接近天然岩石，使该人工砂岩物理模型能够应用在砂岩储层地震波响应模拟研究中。
附图说明
图1为实施例1和实施例2的人工砂岩物理模型的制作方法流程图。
图2为实施例1的人工砂岩物理模型的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供一种人工砂岩物理模型的制作方法，如图1所示，其包括以下步骤：
将100目的石英砂500g、350目的长石50g、500目的高岭土50g和800目的滑石50g放入球磨罐内，将球磨罐放入球磨机进行干法球磨混合，混合均匀后，得到一混合粉体；
在所述混合粉体中加入65g水玻璃（该水玻璃的模数为2.5，密度为1.4g/cc），放入搅拌机内搅拌混合均匀后，得到一混合物料；
将清洗并组装完毕的模具四周涂抹凡士林后，将所述混合物料放入模具中，得到填充混合物料的模具；
将所述填充混合物料的模具放在压机上，在20T的恒定压力下保持24小时进行压实处理后，将模具拆下并取出坯体，将所述坯体放入恒温干燥箱中在40℃-60℃下烘烤4天，以使其完全固化，然后放入高温马弗炉内，以5℃/min的升温速度升温至1100℃进行3个小时烧结后，得到所述的双孔隙物理模型；将烧结完毕并自然冷却至室温后的人工砂岩物理模型的边缘打磨光滑，并且可以通过切割钻柱等方式将其加工成所需要的形状和大小。
经测试，本实施例的人工砂岩物理模型的密度约为2.03g/cc；孔隙度约为25%；纵波速度约为2874m/s。实际天然高孔隙度砂岩的密度为2.12-2.16g/cc，孔隙度为2%-32%，纵波速度为3400-4790m/s（Strandenes S.Rock physics analysis of the BrentGroup Reservoir in the Oseberg Field:Stanford Rock Physics and Borehole GeophysicsProject[J].1991,）。以上各项参数与实际天然砂岩物理参数接近，符合模拟实验要求。如图2所示，该人工砂岩物理模型的扫描电子显微镜照片显示其孔隙结构均匀、分选度好。
其中，密度、孔隙度、纵波速度的测试及计算方法为本领域技术人员公知的测试及计算方法，具体请参考《岩石物理学》（中国科技大学出版社，12.4，288页，13.1，293页）中所述的测试及计算方法。
实施例2
本实施例提供一种人工砂岩物理模型的制作方法，其与实施例1的制作方法基本相同，不同之处在于：石英砂为重量比为1:1的200目石英砂和400目石英砂的混合（石英砂的总重量为500g），压实处理的压力为100T，烧结温度为1300℃。
经测试，本实施例的人工砂岩物理模型的密度约为2.3g/cc，孔隙度约为10%，纵波速度约为4100m/s。实际天然砂岩的各项参数如实施例1所述。以上各项参数与实际天然砂岩物理参数接近，符合模拟实验要求。
Claims (10)
1.一种人工砂岩物理模型的制作方法，其包括以下步骤：
将石英砂、长石、高岭土和滑石进行球磨混合，得到一混合粉体；
在所述混合粉体中加入粘结剂，搅拌混合均匀后，得到一混合物料；
将所述混合物料放入模具中，得到填充混合物料的模具；
将所述填充混合物料的模具进行压实处理后，得到坯体，将所述坯体依次进行烘烤、烧结后，得到所述的人工砂岩物理模型。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其中，所述石英砂、长石、高岭土和滑石的重量比为10:1:1:1-10:3:1.5:1。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其中，所述石英砂的细度为60-400目，所述长石的细度为325-350目，所述高岭土的细度为460-540目，所述滑石的细度为800-900目。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其中，所述混合粉体与粘结剂的重量比为10:1-10:3。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其中，所述粘结剂为水玻璃；优选地，所述水玻璃的模数为2.5，密度为1.4g/cc。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其中，所述压实处理的压力为10T至100T。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其中，所述烧结的升温速度为5℃/min，烧结温度为1000-1300℃，时间为3-8小时。
8.一种人工砂岩物理模型，其是由权利要求1-7任一项所述的人工砂岩物理模型的制作方法所制作得到的。
9.根据权利要求8所述的人工砂岩物理模型，其密度为1.5g/cc-2.4g/cc，孔隙度为10%-30%，纵波速度为1500m/s-4500m/s。
10.权利要求8或9所述的人工砂岩物理模型在砂岩储层地震波响应模拟研究中的应用。
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