CN103956099B - 一种双孔隙物理模型的制作方法及双孔隙物理模型 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双孔隙物理模型的制作方法及双孔隙物理模型，该双孔隙物理模型的制作方法主要采用石英砂和薄圆金属片模拟多孔隙和裂隙，用固结后的环氧树脂模拟砂岩中的含泥，由该方法制作出的双孔隙物理模型的孔隙度和裂隙密度与实际岩石的孔隙和裂隙度接近，有利于实验研究。
Description
技术领域
本发明涉及油气勘探开发的地球物理研究领域，具体的是一种双孔隙物理模型的制作方法，及由该制作方法制成的双孔隙物理模型。
背景技术
双孔隙介质是指多孔介质中既有孔隙又有裂隙的介质，在油气储层中可以经常碰到此种类型的岩石。由于裂隙一般以定向排列的分布出现，其地球物理的特征与非定向排列时有明显的不同，在地震勘探中可以用特定的方法进行识别，而使地球物理学者所重视。但在实际的双孔隙介质中，对裂隙形态等参数的定量描述受到一定的限制，通过实验室地震物理模型的模拟可获取，裂隙介质与裂隙参数间的对应关系。
对双孔隙介质的研究已有近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。Rathore等用砂粒与树脂胶接的方法制作了含可控裂隙的砂岩物理模型，然后分别与Hudson模型、Thomsen模型做了比较和对比分析。实验结果表明：在高频的测试条件下，实验数据与两个理论模型都比较吻合。但是在低频情况下时，实验数据显然更符合假设条件更接近真实状况的Thomsen模型。但是该实验并没有将物理模型含流体前后的变化做定性对比分析。也没有进行多组不同裂隙密度不同频率换能器透射实验，很难说明问题。
发明内容
为了解决现有技术中没有双孔隙物理模型的技术问题。本发明提供了一种双孔隙物理模型的制作方法，该双孔隙物理模型的制作方法主要采用石英砂和薄圆金属片模拟多孔隙和裂隙，由该方法制作出双孔隙物理模型的孔隙度和裂隙密度与实际岩石的孔隙和裂隙度接近。
本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：一种双孔隙物理模型的制作方法，其特征在于，所述双孔隙物理模型的制作方法包括以下步骤：
步骤一：确定模型内的裂隙密度、裂隙的直径、裂隙总个数、裂隙层的层数、每个裂隙层内裂隙的数量、砂粒与树脂的混合物层的总层数、模型总体积和每个砂粒与树脂的混合物层的体积；
步骤二：向模具内注入砂粒与树脂的混合物，砂粒与树脂的混合物的注入量为步骤一中确定的每个砂粒与树脂的混合物层的体积；
步骤三：向上一步中注入的砂粒与树脂的混合物表面均匀放置多个用于模拟裂隙的金属片，金属片的数量为步骤一中确定的每个裂隙层内裂隙的数量；
步骤四：依次重复步骤二和步骤三，直至向模具内注入砂粒与树脂的混合物的次数等于步骤一中确定的砂粒与树脂的混合物层的总层数减1时，进行下一步；
步骤五：向模具内注入砂粒与树脂的混合物，砂粒与树脂的混合物的注入量为步骤一中确定的每个砂粒与树脂的混合物层的体积；
步骤六：将模具内的模型热压成型；
步骤七：将模型放入酸性溶液浸泡，溶解掉模型内的金属片。
模型中的裂隙是通过嵌入一定数量和大小的金属片来模拟的，把这些小圆金属片按一定数量排放在一平面上形成定向排列的裂隙，实际裂隙在岩石中是随机的定向分布(裂隙面在同一个方向)，但模型制作较难控制，通过一种近似的方法是把一定数量的裂隙放在同一个平面上，按一层一层分布。
在模型内，裂隙层设置在相邻的两个砂粒与树脂的混合物层之间。
在步骤一中，每个砂粒与树脂的混合物层的体积均相同。
每个砂粒与树脂的混合物层的体积等于模型总体积减去裂隙的总体积后再除以砂粒与树脂的混合物层的总层数。
在砂粒与树脂的混合物中砂粒占总质量的8％～15％。
在步骤二中，砂粒与树脂的混合物中使用的砂粒为酸洗后的石英砂。
所述树脂为环氧树脂。
一种双孔隙物理模型，该双孔隙物理模型由上述的制造方法制成，该双孔隙物理模型含有多个砂粒与树脂的混合物层，相邻的两个砂粒与树脂的混合物层之间含有裂隙层，裂隙层内有多个片形的裂隙。
本发明的有益效果是：该方法制作出模型的孔隙度和裂隙密度与实际岩石的孔隙和裂隙度接近。
附图说明
下面结合附图对本发明所述的双孔隙物理模型的制作方法作进一步详细的描述。
图1是该制作方法制作出的该双孔隙物理模型的结构示意图。
其中1.模型，2.金属片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所述的双孔隙物理模型的制作方法作进一步详细的说明。所述双孔隙物理模型的制作方法包括以下步骤：
步骤一：确定该模型1内的裂隙密度ε、裂隙的直径、裂隙总个数、裂隙层的层数、每个裂隙层内裂隙的数量、砂粒与树脂的混合物层的总层数、模型总体积和每个砂粒与树脂的混合物层的体积；
在本实施例中，制作如表1中所列模型编号1至9的9个(7mm×7mm×6mm)双孔隙物理模型(表1中第1、2、7、8列的数据是根据需要提前设定或计算得出的)，不同模型的裂隙密度ε如表1所示，裂隙的直径的主要取决于用于模拟裂隙的金属片2的直径，根据Hudson理论计算的裂隙密度公式计算得出裂隙总个数，本实施例中的9个模型中每个模型拟制作34个裂隙层和35个砂粒与树脂的混合物层，每个裂隙层内裂隙的数量等于裂隙总个数除以裂隙层的层数，每个砂粒与树脂的混合物层的体积＝(模型总体积-裂隙的总体积)÷砂粒与树脂的混合物层的总层数。裂隙的总体积为用于模拟裂隙的金属片2的总体积。
表1裂隙模型尺度和裂隙参数
在模型1内，裂隙层设置在相邻的两个砂粒与树脂的混合物层之间。在步骤一中，每个砂粒与树脂的混合物层的体积均相同。
步骤二：向模具内注入砂粒与树脂的混合物，砂粒与树脂的混合物的注入量为步骤一中确定的每个砂粒与树脂的混合物层的体积；
在砂粒与树脂的混合物中砂粒占总质量的8％～15％,优选10％。砂粒与树脂的混合物中使用的砂粒为酸洗后的石英砂。石英砂在酸性试剂浸泡后对其固结程度有很大的影响，由于一般的工业用砂中都较多的杂质，只有使用酸洗后的石英砂才能保证不受酸的影响从而保证石英砂在模型中的固结。所述树脂为环氧树脂，环氧树脂为热固性树脂。固结后的环氧树脂用于模拟砂岩中的含泥，所以环氧树脂的用量在此次样品模型制作中起关键的作用。用量多一些可以降低孔隙度，增强样品的固结程度，但也会出现与砂粒混合不均的现象。环氧树脂的用量在太少会引起固结程度的降低，尤其是在嵌入裂隙时会大降低样品的固结程度。
注入砂粒与树脂的混合物可以采用多次多部位均匀注入的方式，以使每个砂粒与树脂的混合物层能够在重力的作用下摊平，如可在10个不同的位置分别注入，10个位置均以分布，每次注入步骤一中确定的每个砂粒与树脂的混合物层的体积的十分之一。
步骤三：向上一步中注入的砂粒与树脂的混合物表面均匀放置多个用于模拟裂隙的金属片2，金属片2的数量为步骤一中确定的每个裂隙层内裂隙的数量；如表1所示，在制作模型编号为4的模型时，每个裂隙层含有155个，即每次向砂粒与树脂的混合物表面放置155个金属片2。金属片2在每层上是随机均匀放置的，金属片2采用手工嵌入的方式放在砂粒与树脂的混合物层的表面，金属片2不能有上下层叠的情况。金属片2为低速圆薄金属片。本实施例中金属片的直径是一个固定值3mm。
步骤四：依次重复步骤二和步骤三，直至向模具内注入砂粒与树脂的混合物的次数等于步骤一中确定的砂粒与树脂的混合物层的总层数减1时(如本实施例中需要制作砂粒与树脂的混合物层的总层数为35，即直至向模具内注入砂粒与树脂的混合物的次数为34次，此时，也就是向砂粒与树脂的混合物表面均匀放置了34次金属片2)，即可进行下一步；
步骤五：向模具内注入砂粒与树脂的混合物，砂粒与树脂的混合物的注入量为步骤一中确定的每个砂粒与树脂的混合物层的体积；此次为最后一次注入砂粒与树脂的混合物。
步骤六：采用压机将模具内的模型1热压成型；通过温度的控制使环氧树脂较均匀的包裹砂粒，同时能与金属片接触粘接。压制的目的有两个，一是通过压力使砂粒相互接触，更好地固结，二是可以控制样品的孔隙度。
步骤七：将热压后的模型1放入酸性溶液浸泡，酸性溶液能够通过模型1内的空隙进入模型内，与金属片2反应后溶解腐蚀掉模型1内的金属片2，从而形成最终的双孔隙物理模型。
由上述的制造方法制成双孔隙物理模型含有多个砂粒与树脂的混合物层，相邻的两个砂粒与树脂的混合物层之间含有裂隙层，裂隙层内有多个片形的裂隙。
表1给出了制作好的9个方形双孔隙物理模型的体积和裂隙密度参数，由表1数据可知，9个模型的边长和体积基本一致，体积约为296cm3，图1中给出了制作好的模型1的示意图，为了表达清楚，模型1中仅画了一个裂隙层，在模型中金属片2和砂粒被树脂包裹。由于各模型的裂隙个数不同，会引起体积的微小变化。金属薄圆片的厚度有一定的变化范围，通过抽检一定数量(10％)薄片的厚度，得到了裂隙模型中裂隙厚度的分布曲线，裂隙厚度在0.07mm-0.17mm之间呈高斯分布，主要集中在0.1mm-0.15mm之间，其平均值为0.12mm，裂隙的纵横(直径/厚度)比为25。薄圆片的密度和速度先在大块材料上测得，密度为1.09×103kg/m3，纵波速度为1360m/s，未测到横波信号。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (9)
1.一种双孔隙物理模型的制作方法，其特征在于，所述双孔隙物理模型的制作方法包括以下步骤：
步骤一：确定模型(1)内的裂隙密度、裂隙的直径、裂隙总个数、裂隙层的层数、每个裂隙层内裂隙的数量、砂粒与树脂的混合物层的总层数、模型总体积和每个砂粒与树脂的混合物层的体积；
步骤二：向模具内注入砂粒与树脂的混合物，砂粒与树脂的混合物的注入量为步骤一中确定的每个砂粒与树脂的混合物层的体积；在所述砂粒与树脂的混合物中砂粒占总质量的10％，该砂粒为酸洗后的石英砂；注入砂粒与树脂的混合物采用多次多部位均匀注入的方式；
步骤三：向上一步中注入的砂粒与树脂的混合物表面均匀放置多个用于模拟裂隙的金属片(2)，金属片(2)为圆形，金属片(2)的直径为3mm，金属片(2)的密度为1.09×103kg/m3，金属片(2)的纵波速度为1360m/s，金属片(2)未测到横波信号，金属片(2)的数量为步骤一中确定的每个裂隙层内裂隙的数量；
步骤四：依次重复步骤二和步骤三，直至向模具内注入砂粒与树脂的混合物的次数等于步骤一中确定的砂粒与树脂的混合物层的总层数减1时，进行下一步；
步骤五：向模具内注入砂粒与树脂的混合物，砂粒与树脂的混合物的注入量为步骤一中确定的每个砂粒与树脂的混合物层的体积；
步骤六：将模具内的模型(1)热压成型；
步骤七：将模型(1)放入酸性溶液浸泡，溶解掉模型(1)内的金属片(2)，得到所述双孔隙物理模型中裂隙厚度在0.07mm-0.17mm之间呈高斯分布，该裂隙厚度的平均值为0.12mm，裂隙的纵横比值为25。
2.根据权利要求1所述的双孔隙物理模型的制作方法，其特征在于：在模型(1)内，裂隙层设置在相邻的两个砂粒与树脂的混合物层之间。
3.根据权利要求1所述的双孔隙物理模型的制作方法，其特征在于：在步骤一中，每个砂粒与树脂的混合物层的体积均相同。
4.根据权利要求3所述的双孔隙物理模型的制作方法，其特征在于：每个砂粒与树脂的混合物层的体积等于模型总体积减去裂隙的总体积后再除以砂粒与树脂的混合物层的总层数。
5.根据权利要求1所述的双孔隙物理模型的制作方法，其特征在于：在砂粒与树脂的混合物中砂粒占总质量的8％～15％。
6.根据权利要求1所述的双孔隙物理模型的制作方法，其特征在于：在步骤二中，砂粒与树脂的混合物中使用的砂粒为酸洗后的石英砂。
7.根据权利要求1所述的双孔隙物理模型的制作方法，其特征在于：所述树脂为环氧树脂。
8.根据权利要求1所述的双孔隙物理模型的制作方法，其特征在于：金属片(2)为低速圆薄金属片。
9.一种双孔隙物理模型，其特征在于：该双孔隙物理模型由权利要求1～8中任意一项所述的制作方法制成，该双孔隙物理模型含有多个砂粒与树脂的混合物层，相邻的两个砂粒与树脂的混合物层之间含有裂隙层，裂隙层内有多个片形的裂隙。
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