CN103954622A - 一种人造微观仿真物理模型及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于微观驱油的高度清晰成像的三维人造仿真岩心模型及制造方法，岩心使用真实石英砂胶结，可以高度模拟地层孔隙度，并且岩心在显微镜下高度清晰成像。制作方法是：①预先准备好石英砂和透明有机玻璃板，其中一块有机玻璃板对角钻孔；②在有机玻璃上均匀涂上紫外光固化胶，并撒上石英砂；③将有机玻璃置于凝胶硬化灯中进行紫外光固化胶的固化；④固化完毕，将有机玻璃用密封剂黏合，确保密封；⑤在有机玻璃的钻孔位置镶好阀门，确保密封。该岩心和实验方法可以高度模拟地层中的真实岩石胶结方式，紫外光的高透光性保证了成像的高清晰度，为更好地研究微观驱油机理供了有效技术手段。

Description

一种人造微观仿真物理模型及制作方法

技术领域

本发明涉及一种在微观驱油过程中使用的高度清晰成像的人造微观仿真物理模型及制作方法，适用于各种微观驱油机理的探究。

背景技术

微观模型可见技术是80年代发展起来的一种先进的实验技术，它不仅能模拟真实地层的孔隙结构特征，而且能使研究者直观观察固体和液体在多孔介质内的运动状况，因此微观模型可见技术广泛用于混相驱、聚合物驱、活性剂驱等驱油机理和驱替效率的研究，以及地层损害的机理研究。目前，微观模型的种类研发很多，但石英砂胶结后能够高度清晰成像的微观模型文献报道很少。现有的玻璃刻蚀模型，不能模拟地层的真实空隙结构；有的微观模型是用全直径岩心磨成很薄的薄片,用两块玻璃夹住,并用橡胶把模型薄片周围粘结起来，这种模型切割难度很大，其次承压能力很小，流体容易沿玻璃片串流；有的微观模型是用环氧树脂胶结制作，这种模型制作复杂，而且体积较大，基质不透光，显微镜成像清晰度不高。这些微观模型在实验过程中都存在不能很好地显示流体在多孔介质的真实运移情况的问题。 

发明内容

为了在显微镜下清晰成像，更准确的模拟地层的孔隙结构，本发明提供了一种在微观驱油过程中使用的高度清晰成像的人造微观仿真物理模型及制作方法。

该微观仿真物理模型的具体制作方法本如下：

1）预先准备好两种不同粒径的石英砂各一份；

2）截取两块相同大小的透明有机玻璃，其中一块对角钻孔；

3）在两块有机玻璃中心都均匀涂上紫外光固化胶，钻孔的有机玻璃撒上一薄层预先准备好的大粒径石英砂，作为基质岩心，防止岩心中流体沿有机玻璃板串流；未钻孔的有机玻璃撒上一薄层预先准备好的小粒径的石英砂，模拟地层孔隙度，保证显微镜下一定孔吼的岩石孔隙能够清晰可见。

4）将两块有机玻璃分别置于凝胶硬化灯中，进行紫外光固化胶固化至石英砂胶结完好；

5）将两块有机玻璃从凝胶硬化灯中取出，四角相对，用密封剂黏合在一起，确保密封完好；

6）在有机玻璃上钻孔的位置镶好阀门，确保密封完好。

所述步骤2）中所用有机玻璃的大小为8cm×8cm×0.8cm。

上述步骤3）中所述的大粒径石英砂为80目； 小粒径石英砂为100目。

所述步骤3）中所涂紫外光固化胶面积为4cm×4cm。

所述步骤4）中紫外光固化胶的固化时间为10~20分钟。

利用上述方法制作的人造微观仿真物理模型，包括两块透明有机玻璃板，上述的两块透明有机玻璃板相对内侧中间区域涂有紫外光固化胶，两紫外光固化胶层间夹粘石英砂层，所述的石英砂层四周边置有密封剂并与两块透明有机玻璃板间密封。

上述的石英砂层由大粒径石英砂层与小粒径石英砂层组成，且对应大粒径石英砂侧的透明有机玻璃板上斜对角钻孔。

本发明的有益效果是：与现有方法比较，本发明具有以下优点：（1）石英砂的胶结可以准确模拟地层孔隙度；（2）顶部和底部透光性好，显微成像清晰度高；（3）岩心重复性好。

附图说明

  图1为本发明所述的人造微观仿真物理模型的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；       

图3为对微观仿真物理模型进行试验的设备；

图4为水驱开始的动态图像；

图5为水驱结束的动态图像；

图6 为开始注微球的动态图像；

图7为 微球封堵大孔道的动态图像；

图8 为大孔道封堵后液流开始转向的动态图像；

图9 为大孔道封堵后液流转向完毕的动态图像。

图中 1-透明有机玻璃板，2-石英砂层，3-紫外光固化胶，4-密封挤，5-孔，6-体视显微镜，7-微观仿真物理模型，8-中间容器，9-精密平流泵，10-图像采集与处理系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1所示为人造微观仿真物理模型，包括两块透明有机玻璃板1，上述的两块透明有机玻璃板1相对内侧中间区域涂有紫外光固化胶3，两紫外光固化胶层间夹粘石英砂层2，所述的石英砂层2四周边置有密封剂4，并与两块透明有机玻璃板间密封。上述的石英砂层2由大粒径石英砂层与小粒径石英砂层组成，且对应小粒径石英砂侧的透明有机玻璃板上斜对角钻孔5，具体结构如图1及图2所示。

上述人造微观仿真物理模型的具体制作方法如下：

1）预先准备好两种不同粒径的石英砂各一份；

2）截取两块相同大小的透明有机玻璃，其中一块对角钻孔；

3）在两块有机玻璃中心都均匀涂上紫外光固化胶，钻孔的有机玻璃撒上一薄层预先准备好的大粒径石英砂，作为基质岩心，防止岩心中流体沿有机玻璃板串流；未钻孔的有机玻璃撒上一薄层预先准备好的小粒径的石英砂，模拟地层孔隙度，保证显微镜下一定孔吼的岩石孔隙能够清晰可见。

4）将两块有机玻璃板分别置于凝胶硬化灯中，进行紫外光固化胶固化至石英砂胶结完好；

5）将两块有机玻璃板从凝胶硬化灯中取出，四角相对，用密封剂黏合在一起，确保密封完好；

6）在有机玻璃板上钻孔的位置镶好阀门，确保阀门与有机玻璃板密封，一端阀门作为注入端，与驱替装置连接，一端阀门作为采出端，接收采出液，即可进行微观驱替实验。

所述步骤2）中所用有机玻璃的大小为8cm×8cm×0.8cm。

上述步骤3）中所述的大粒径石英砂为80目； 小粒径石英砂为100目。

所述步骤3）中所涂紫外光固化胶面积为4cm×4cm。

所述步骤4）中紫外光固化胶的固化时间为10~20分钟。

利用上述人造微观仿真模型进行微观驱油实验是在如图3所示的设备上进行，该三维高清可视化微观模型实验设备由体视显微镜6与图像采集与处理系统10电路连接，将上述人造微观仿真模型7放置于显微镜下，人造微观仿真模型7上的两个阀门一端作为注入端，依次通过中间容器8及精密平流泵9与驱替装置连接，一端阀门作为采出端，接收采出液，即可进行微观驱替实验。利用该设备研究真实岩石微观驱替机理，在体视显微镜下可观察到微观孔隙情况，并对整个驱替过程进行实时录像观测。

实验原理：利用上述人造微观仿真模型进行驱油实验，通过图象采集与处理系统10将驱油过程的图象转化为计算机的数值信号，采用图象分析研究可动微凝胶SMG（微球）溶液对微观驱油效果的影响。

具体实验步骤：首先将人造微观仿真模型抽空，然后饱和水，并计算孔隙体积；再将人造微观仿真模型饱和油，计算含油饱和度，水驱油至模型不出油为止，如图4所示，录取驱替过程的动态图象；再以0.1mL/min的速度注入可动微凝胶SMG溶液直至模型不出油为止，并录取驱替过程的动态图象，如图5至图9所示。

上述的可动微凝胶SMG（微球）由中国石油勘探开发研究院采油所提供，固含量按100%计算；实验用油为大庆油田脱气脱水原油与煤油按一定比例配制的模拟油，25℃下黏度为20 mPa.s；实验用水为蒸馏水。

Claims (7)

1.一种人造微观仿真物理模型的制作方法，具体步骤如下：

1）预先准备好两种不同粒径的石英砂各一份；

2）截取两块相同大小的透明有机玻璃，其中一块对角钻孔；

3）在两块有机玻璃中心都均匀涂上紫外光固化胶，钻孔的有机玻璃撒上一薄层预先准备好的大粒径石英砂，作为基质岩心，防止岩心中流体沿有机玻璃板串流；未钻孔的有机玻璃撒上一薄层预先准备好的小粒径的石英砂，模拟地层孔隙度，保证显微镜下一定孔吼的岩石孔隙能够清晰可见；

4）将两块有机玻璃分别置于凝胶硬化灯中，进行紫外光固化胶固化至石英砂胶结完好；

5）将两块有机玻璃从凝胶硬化灯中取出，四角相对，用密封剂黏合在一起，确保密封完好；

6）在有机玻璃上钻孔的位置镶好阀门，确保密封完好。

2.根据权利要求1所述人造微观仿真物理模型的制作方法，其特征在于：所述步骤2）中所用有机玻璃的大小为8cm×8cm×0.8cm。

3.根据权利要求1所述人造微观仿真物理模型的制作方法，其特征在于：上述步骤1）或3）中所述的大粒径石英砂为80目； 小粒径石英砂为100目。

4.根据权利要求1所述人造微观仿真物理模型的制作方法，其特征在于：所述步骤3）中所涂紫外光固化胶面积为4cm×4cm。

5.根据权利要求1所述人造微观仿真物理模型的制作方法，其特征在于：所述步骤4）中紫外光固化胶的固化时间为10~20分钟。

6.利用上述方法制作的人造微观仿真物理模型，包括两块透明有机玻璃板（1），其特征在于：上述的两块透明有机玻璃板（1）相对内侧中间区域涂有紫外光固化胶（3），两紫外光固化胶层间夹粘石英砂层（2），所述的石英砂层（2）四周边置有密封剂（4），并与两块透明有机玻璃板间密封。

7.根据权利要求6所述的人造微观仿真物理模型，其特征在于：上述的石英砂层（2）由大粒径石英砂层与小粒径石英砂层组成，且对应大粒径石英砂侧的透明有机玻璃板上斜对角钻孔（5）。