CN104034563B - 一种节理性页岩人造岩心的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于人造岩心制备技术领域，具体涉及一种节理性页岩人造岩心的制备方法。该方法包括如下步骤：将水泥、石英砂、粘土、石膏粉进行混合搅拌；向混合物中加入少量麦片、碎纸片，再加水均匀搅拌；混合物分层浇铸成水泥试样，层与层之间涂一层润滑油，待水泥试样干燥成型后，即可得到节理性页岩人造岩心。利用该方法可以得到具有一定裂缝发育、层理发育、脆性的水泥试样，能够相对准确的模拟出节理性页岩岩石的层理面（1）、天然裂缝（2）、水力裂缝（3）等力学性质，以便高效开发页岩油气；该方法所用的材料简单、成本低廉、操作简便。
Description
技术领域
本发明属于人造岩心制备技术领域，具体涉及一种节理性页岩人造岩心的制备方法。
背景技术
页岩气储层在沉积过程中发育层理、片理、微裂缝等弱面，上述弱面影响着水力压裂裂缝的扩展方向。根据四川盆地龙马溪页岩的裂缝发育特征、矿物组分和岩石力学性质，在实验室制备人造岩心进行真三轴水力压裂物理模拟实验，是认识页岩储层，模拟页岩力学特征，高效开发页岩油气的重要手段。目前，实验室制备岩心常采用水泥和石英砂按比例混合浇铸，这种方法制备的岩心具有较好的均质各向同性特征，脆性低，但它忽略了粘度矿物、脆性矿物成份和裂隙对页岩物理性质的影响，并不适合于模拟具有多层理、多裂缝、高脆性的页岩岩心。
申请号为201210101103.8的中国发明专利，公开了一种人造长岩心及其制备方法。该方法是为了解决现有人造岩心长度尺寸难以满足实验要求的问题，其是由石英砂和胶结物组成，并不适合于模拟具有多层理、多裂缝、高脆性的页岩岩心。 申请号为201310022534.X的另一中国发明专利，公开了一种声学实验模拟碳酸盐人造岩心的制备方法，该人造岩心的骨架模拟材料为碳酸盐岩岩屑或粉末，其组成和配比忽略了粘度矿物、脆性矿物成份和裂隙对页岩物理性质的影响，也不适合于模拟具有多层理、多裂缝、高脆性的页岩岩心。
由此，本领域需要一种节理性页岩人造岩心的制备方法，以克服现有技术的缺陷。一种人造岩心靶制作方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种节理性页岩人造岩心的制备方法，该方法可以得到具有一定裂缝发育、层理发育、脆性的水泥试样，能够相对准确的模拟出节理性页岩岩石的力学性质。
一种节理性页岩人造岩心的制备方法，包括如下步骤：
（1）将水泥、石英砂、粘土、石膏粉进行混合搅拌；
（2）向步骤（1）中的混合物中加入少量麦片、碎纸片，再加水均匀搅拌；
（3）将步骤（2）中的混合物分层浇铸成水泥试样，层与层之间涂一层润滑油，待水泥试样干燥成型后，即可得到节理性页岩人造岩心。
上述方案中优选的是，所述水泥、石英砂、粘土、石膏粉的体积比为4-5:4-5:0.8-1.2:0.8-1.2。
上述任一方案中优选的是，所述水泥、石英砂、粘土、石膏粉的体积比为4.5:4.5:1:1。
上述任一方案中优选的是，所述麦片占人造岩心的质量百分比为0.1~0.2 %。
上述任一方案中优选的是，所述碎纸片占人造岩心的质量百分比为为0.05~0.1 %。
上述任一方案中优选的是，所述水占人造岩心的质量百分比为为18~20%。
上述任一方案中优选的是，所述水泥为复合硅酸盐水泥。所述复合硅酸盐水泥为PC.PC32.5R型建筑水泥，该类型水泥配伍性好，胶接强度高。
上述任一方案中优选的是，所述的石英砂粒度为80~120目。
上述任一方案中优选的是，所述的粘土矿物组分包括蒙脱石和伊利石。
上述任一方案中优选的是，所述石膏粉为白云质磨具用的石膏粉。该石膏粉水化后强度较低，可提高岩心试样的脆性。
上述任一方案中优选的是，所述麦片为食用麦片，直径为5-8mm。该麦片富有弹性，可以模拟页岩地层的微裂缝。
上述任一方案中优选的是，所述碎纸片为长10-20mm，宽5-10mm的A4打印纸。该碎纸片可以模拟页岩地层的大尺度裂缝。
上述任一方案中优选的是，所述润滑油为灰壳润滑油。该润滑油可以降低层理面的胶接强度。
上述任一方案中优选的是，步骤（3）中，所述的水泥试样尺寸为300mm×300mm×300mm或400mm×400mm×400mm。该两种水泥试样分别对应于现有的300mm真三轴模拟压裂实验系统和400mm真三轴模拟压裂实验系统。
上述任一方案中优选的是，步骤（1）中，所述搅拌是用石英砂搅拌机进行搅拌10-15分钟。
上述任一方案中优选的是，步骤（3）中，所述干燥是自然晾干，持续时间10-15天。
本发明中制备的节理性页岩适合于模拟具有多层理、多裂缝、高脆性的节理性页岩岩心；水泥、石英砂、粘土、石膏粉的体积比，以及麦片、碎纸片的应用和水的用量，及制备过程中考虑到了粘度矿物、脆性矿物成份和裂隙对页岩物理性质的影响，使得制备的岩心试样与页岩岩石力学性质相似，能够更适于真三轴水力压裂物理模拟实验，更进一步认识页岩储层以及模拟页岩的层理面、天然裂缝和水力裂缝等力学特征，以便高效开发页岩油气；该方法所用的材料简单、成本低廉、操作简便。
附图说明
图1为按照本发明中节理性页岩人造岩心的制备方法一优选实施例的节理性页岩岩样示意图。
图2为按照本发明中节理性页岩人造岩心的制备方法一优选实施例的水力压裂试验主裂缝面图片。
图3为按照本发明中节理性页岩人造岩心的制备方法一优选实施例的层理面与水力裂缝面图片。
图中：
1-层理面；2-天然裂缝；3-水力裂缝。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施例对本发明作更为详细的描述，实施例只对本发明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本发明的基础上作出的非实质性修改，都应属于本发明保护的范围。
实施例1
一种节理性页岩人造岩心的制备方法，包括如下步骤：
（1）将水泥、石英砂、粘土、石膏粉进行混合搅拌；
（2）向步骤（1）中的混合物中加入少量麦片、碎纸片，再加水均匀搅拌；
（3）将步骤（2）中的混合物分层浇铸成水泥试样，层与层之间涂一层润滑油，待水泥试样干燥成型后，即可得到节理性页岩人造岩心。
在本实施例中，所述水泥、石英砂、粘土、石膏粉的体积比为4.5:4.5:1:1。
在本实施例中，所述麦片占人造岩心的质量百分比为0.1%。
在本实施例中，所述碎纸片占人造岩心的质量百分比为为0.05%。
在本实施例中，所述水占人造岩心的质量百分比为为19%。
在本实施例中，所述水泥为复合硅酸盐水泥。所述复合硅酸盐水泥为PC.PC32.5R型建筑水泥，该类型水泥配伍性好，胶接强度高。
在本实施例中，所述的石英砂粒度为80目。
在本实施例中，所述的粘土矿物组分包括蒙脱石和伊利石。
在本实施例中，所述石膏粉为白云质磨具用的石膏粉。该石膏粉水化后强度较低，可提高岩心试样的脆性。
在本实施例中，所述麦片为食用麦片，直径为6mm。该麦片富有弹性，可以模拟页岩地层的微裂缝。
在本实施例中，所述碎纸片为长10mm，宽5mm的A4打印纸。该碎纸片可以模拟页岩地层的大尺度裂缝。
在本实施例中，所述润滑油为灰壳润滑油。该润滑油可以降低层理面的胶接强度。
在本实施例中，步骤（3）中，所述的水泥试样尺寸为300mm×300mm×300mm。该种水泥试样对应于现有的300mm真三轴模拟压裂实验系统。
在本实施例中，步骤（1）中，所述搅拌是用石英砂搅拌机进行搅拌10分钟。
在本实施例中，步骤（3）中，所述干燥是自然晾干，持续时间15天。
利用本实施例中的节理性页岩人造岩心进行真三轴水力压裂物理模拟实验，结果如图1、2、3。本实施例中节理性页岩人造岩心的层理面1、天然裂缝2和水力裂缝3与页岩岩石力学性质相似，通过该方法可以更进一步认识页岩储层以及模拟页岩力学特征。
实施例2
一种节理性页岩人造岩心的制备方法，包括如下步骤：
（1）将水泥、石英砂、粘土、石膏粉进行混合搅拌；
（2）向步骤（1）中的混合物中加入少量麦片、碎纸片，再加水均匀搅拌；
（3）将步骤（2）中的混合物分层浇铸成水泥试样，层与层之间涂一层润滑油，待水泥试样干燥成型后，即可得到节理性页岩人造岩心。
在本实施例中，所述水泥、石英砂、粘土、石膏粉的体积比为4: 5:0.8:0.8。
在本实施例中，所述麦片占人造岩心的质量百分比为0.12%。
在本实施例中，所述碎纸片占人造岩心的质量百分比为为0.1%。
在本实施例中，所述水占人造岩心的质量百分比为为18%。
在本实施例中，所述水泥为复合硅酸盐水泥。所述复合硅酸盐水泥为PC.PC32.5R型建筑水泥，该类型水泥配伍性好，胶接强度高。
在本实施例中，所述的石英砂粒度为90目。
在本实施例中，所述的粘土矿物组分包括蒙脱石和伊利石。
在本实施例中，所述石膏粉为白云质磨具用的石膏粉。该石膏粉水化后强度较低，可提高岩心试样的脆性。
在本实施例中，所述麦片为食用麦片，直径为5mm。该麦片富有弹性，可以模拟页岩地层的微裂缝。
在本实施例中，所述碎纸片为长12mm，宽10mm的A4打印纸。该碎纸片可以模拟页岩地层的大尺度裂缝。
在本实施例中，所述润滑油为灰壳润滑油。该润滑油可以降低层理面的胶接强度。
在本实施例中，步骤（3）中，所述的水泥试样尺寸为400mm×400mm×400mm。该种水泥试样分别对应于现有的400mm真三轴模拟压裂实验系统。
在本实施例中，步骤（1）中，所述搅拌是用石英砂搅拌机进行搅拌15分钟。
在本实施例中，步骤（3）中，所述干燥是自然晾干，持续时间11天。
实施例3
一种节理性页岩人造岩心的制备方法，包括如下步骤：
（1）将水泥、石英砂、粘土、石膏粉进行混合搅拌；
（2）向步骤（1）中的混合物中加入少量麦片、碎纸片，再加水均匀搅拌；
（3）将步骤（2）中的混合物分层浇铸成水泥试样，层与层之间涂一层润滑油，待水泥试样干燥成型后，即可得到节理性页岩人造岩心。
在本实施例中，所述水泥、石英砂、粘土、石膏粉的体积比为5: 4:1.2:1.2。
在本实施例中，所述麦片占人造岩心的质量百分比为0.2%。
在本实施例中，所述碎纸片占人造岩心的质量百分比为为0.06%。
在本实施例中，所述水占人造岩心的质量百分比为为20%。
在本实施例中，所述水泥为复合硅酸盐水泥。所述复合硅酸盐水泥为PC.PC32.5R型建筑水泥，该类型水泥配伍性好，胶接强度高。
在本实施例中，所述的石英砂粒度为120目。
在本实施例中，所述的粘土矿物组分包括蒙脱石和伊利石。
在本实施例中，所述石膏粉为白云质磨具用的石膏粉。该石膏粉水化后强度较低，可提高岩心试样的脆性。
在本实施例中，所述麦片为食用麦片，直径为8mm。该麦片富有弹性，可以模拟页岩地层的微裂缝。
在本实施例中，所述碎纸片为长20mm，宽6mm的A4打印纸。该碎纸片可以模拟页岩地层的大尺度裂缝。
在本实施例中，所述润滑油为灰壳润滑油。该润滑油可以降低层理面的胶接强度。
在本实施例中，步骤（3）中，所述的水泥试样尺寸为400mm×400mm×400mm。该种水泥试样分别对应于现有的400mm真三轴模拟压裂实验系统。
在本实施例中，步骤（1）中，所述搅拌是用石英砂搅拌机进行搅拌11分钟。
在本实施例中，步骤（3）中，所述干燥是自然晾干，持续时间10天。
实施例4
一种节理性页岩人造岩心的制备方法，包括如下步骤：
（1）将水泥、石英砂、粘土、石膏粉进行混合搅拌；
（2）向步骤（1）中的混合物中加入少量麦片、碎纸片，再加水均匀搅拌；
（3）将步骤（2）中的混合物分层浇铸成水泥试样，层与层之间涂一层润滑油，待水泥试样干燥成型后，即可得到节理性页岩人造岩心。
在本实施例中，所述水泥、石英砂、粘土、石膏粉的体积比为4.2:
4.6:0.9:0.85。
在本实施例中，所述麦片占人造岩心的质量百分比为0.14%。
在本实施例中，所述碎纸片占人造岩心的质量百分比为为0.07%。
在本实施例中，所述水占人造岩心的质量百分比为为18.6%。
在本实施例中，所述水泥为复合硅酸盐水泥。所述复合硅酸盐水泥为PC.PC32.5R型建筑水泥，该类型水泥配伍性好，胶接强度高。
在本实施例中，所述的石英砂粒度为100目。
在本实施例中，所述的粘土矿物组分包括蒙脱石和伊利石。
在本实施例中，所述石膏粉为白云质磨具用的石膏粉。该石膏粉水化后强度较低，可提高岩心试样的脆性。
在本实施例中，所述麦片为食用麦片，直径为7mm。该麦片富有弹性，可以模拟页岩地层的微裂缝。
在本实施例中，所述碎纸片为长14mm，宽7mm的A4打印纸。该碎纸片可以模拟页岩地层的大尺度裂缝。
在本实施例中，所述润滑油为灰壳润滑油。该润滑油可以降低层理面的胶接强度。
在本实施例中，步骤（3）中，所述的水泥试样尺寸为400mm×400mm×400mm。该种水泥试样分别对应于现有的400mm真三轴模拟压裂实验系统。
在本实施例中，步骤（1）中，所述搅拌是用石英砂搅拌机进行搅拌12分钟。
在本实施例中，步骤（3）中，所述干燥是自然晾干，持续时间12天。
实施例5
一种节理性页岩人造岩心的制备方法，包括如下步骤：
（1）将水泥、石英砂、粘土、石膏粉进行混合搅拌；
（2）向步骤（1）中的混合物中加入少量麦片、碎纸片，再加水均匀搅拌；
（3）将步骤（2）中的混合物分层浇铸成水泥试样，层与层之间涂一层润滑油，待水泥试样干燥成型后，即可得到节理性页岩人造岩心。
在本实施例中，所述水泥、石英砂、粘土、石膏粉的体积比为4.7:
4.2:1.1:0.95。
在本实施例中，所述麦片占人造岩心的质量百分比为0.15%。
在本实施例中，所述碎纸片占人造岩心的质量百分比为为0.08%。
在本实施例中，所述水占人造岩心的质量百分比为为18.8%。
在本实施例中，所述水泥为复合硅酸盐水泥。所述复合硅酸盐水泥为PC.PC32.5R型建筑水泥，该类型水泥配伍性好，胶接强度高。
在本实施例中，所述的石英砂粒度为120目。
在本实施例中，所述的粘土矿物组分包括蒙脱石和伊利石。
在本实施例中，所述石膏粉为白云质磨具用的石膏粉。该石膏粉水化后强度较低，可提高岩心试样的脆性。
在本实施例中，所述麦片为食用麦片，直径为5.5mm。该麦片富有弹性，可以模拟页岩地层的微裂缝。
在本实施例中，所述碎纸片为长16mm，宽8mm的A4打印纸。该碎纸片可以模拟页岩地层的大尺度裂缝。
在本实施例中，所述润滑油为灰壳润滑油。该润滑油可以降低层理面的胶接强度。
在本实施例中，步骤（3）中，所述的水泥试样尺寸为400mm×400mm×400mm。该种水泥试样分别对应于现有的400mm真三轴模拟压裂实验系统。
在本实施例中，步骤（1）中，所述搅拌是用石英砂搅拌机进行搅拌14分钟。
在本实施例中，步骤（3）中，所述干燥是自然晾干，持续时间13天。
实施例6
一种节理性页岩人造岩心的制备方法，包括如下步骤：
（1）将水泥、石英砂、粘土、石膏粉进行混合搅拌；
（2）向步骤（1）中的混合物中加入少量麦片、碎纸片，再加水均匀搅拌；
（3）将步骤（2）中的混合物分层浇铸成水泥试样，层与层之间涂一层润滑油，待水泥试样干燥成型后，即可得到节理性页岩人造岩心。
在本实施例中，所述水泥、石英砂、粘土、石膏粉的体积比为4.8:
4.3:1.05:0.9。
在本实施例中，所述麦片占人造岩心的质量百分比为0.17%。
在本实施例中，所述碎纸片占人造岩心的质量百分比为为0.09%。
在本实施例中，所述水占人造岩心的质量百分比为为19.2%。
在本实施例中，所述水泥为复合硅酸盐水泥。所述复合硅酸盐水泥为PC.PC32.5R型建筑水泥，该类型水泥配伍性好，胶接强度高。
在本实施例中，所述的石英砂粒度为90目。
在本实施例中，所述的粘土矿物组分包括蒙脱石和伊利石。
在本实施例中，所述石膏粉为白云质磨具用的石膏粉。该石膏粉水化后强度较低，可提高岩心试样的脆性。
在本实施例中，所述麦片为食用麦片，直径为6.6mm。该麦片富有弹性，可以模拟页岩地层的微裂缝。
在本实施例中，所述碎纸片为长18mm，宽9mm的A4打印纸。该碎纸片可以模拟页岩地层的大尺度裂缝。
在本实施例中，所述润滑油为灰壳润滑油。该润滑油可以降低层理面的胶接强度。
在本实施例中，步骤（3）中，所述的水泥试样尺寸为300mm×300mm×300mm。该种水泥试样对应于现有的300mm真三轴模拟压裂实验系统。
在本实施例中，步骤（1）中，所述搅拌是用石英砂搅拌机进行搅拌13分钟。
在本实施例中，步骤（3）中，所述干燥是自然晾干，持续时间14天。
实施例7
一种节理性页岩人造岩心的制备方法，包括如下步骤：
（1）将水泥、石英砂、粘土、石膏粉进行混合搅拌；
（2）向步骤（1）中的混合物中加入少量麦片、碎纸片，再加水均匀搅拌；
（3）将步骤（2）中的混合物分层浇铸成水泥试样，层与层之间涂一层润滑油，待水泥试样干燥成型后，即可得到节理性页岩人造岩心。
在本实施例中，所述水泥、石英砂、粘土、石膏粉的体积比为4.3:
4.9:0.85:1.1。
在本实施例中，所述麦片占人造岩心的质量百分比为0.18%。
在本实施例中，所述碎纸片占人造岩心的质量百分比为为0.06%。
在本实施例中，所述水占人造岩心的质量百分比为为19.8%。
在本实施例中，所述水泥为复合硅酸盐水泥。所述复合硅酸盐水泥为PC.PC32.5R型建筑水泥，该类型水泥配伍性好，胶接强度高。
在本实施例中，所述的石英砂粒度为80目。
在本实施例中，所述的粘土矿物组分包括蒙脱石和伊利石。
在本实施例中，所述石膏粉为白云质磨具用的石膏粉。该石膏粉水化后强度较低，可提高岩心试样的脆性。
在本实施例中，所述麦片为食用麦片，直径为7.4mm。该麦片富有弹性，可以模拟页岩地层的微裂缝。
在本实施例中，所述碎纸片为长15mm，宽6.5mm的A4打印纸。该碎纸片可以模拟页岩地层的大尺度裂缝。
在本实施例中，所述润滑油为灰壳润滑油。该润滑油可以降低层理面的胶接强度。
在本实施例中，步骤（3）中，所述的水泥试样尺寸为300mm×300mm×300mm。该种水泥试样对应于现有的300mm真三轴模拟压裂实验系统。
在本实施例中，步骤（1）中，所述搅拌是用石英砂搅拌机进行搅拌15分钟。
在本实施例中，步骤（3）中，所述干燥是自然晾干，持续时间15天。
Claims (12)
1.一种节理性页岩人造岩心的制备方法，包括如下步骤：
（1）将水泥、石英砂、粘土、石膏粉进行混合搅拌；
（2）向步骤（1）中的混合物中加入少量麦片、碎纸片，再加水均匀搅拌；
（3）将步骤（2）中的混合物分层浇铸成水泥试样，层与层之间涂一层润滑油，待水泥试样干燥成型后，即可得到节理性页岩人造岩心；
所述水泥、石英砂、粘土、石膏粉的体积比为4-5:4-5:0.8-1.2:0.8-1.2；
所述麦片占人造岩心的质量百分比为0.1-0.2%；
所述碎纸片占人造岩心的质量百分比为为0.05-0.1%；
所述水占人造岩心的质量百分比为18-20%。
2.如权利要求1所述的节理性页岩人造岩心的制备方法，其特征在于，所述水泥、石英砂、粘土、石膏粉的体积比为4.5:4.5:1:1。
3.如权利要求1所述的节理性页岩人造岩心的制备方法，其特征在于，所述水泥为复合硅酸盐水泥。
4.如权利要求1所述的节理性页岩人造岩心的制备方法，其特征在于，所述的石英砂粒度为80-120目。
5.如权利要求1所述的节理性页岩人造岩心的制备方法，其特征在于，所述的粘土矿物组分包括蒙脱石和伊利石。
6.如权利要求1所述的节理性页岩人造岩心的制备方法，其特征在于，所述石膏粉为白云质磨具用的石膏粉。
7.如权利要求1所述的节理性页岩人造岩心的制备方法，其特征在于，所述麦片为食用麦片，直径为5-8mm。
8.如权利要求1所述的节理性页岩人造岩心的制备方法，其特征在于，所述碎纸片为长10-20mm，宽5-10mm的A4打印纸。
9.如权利要求1所述的节理性页岩人造岩心的制备方法，其特征在于，所述润滑油为灰壳润滑油，该润滑油可以降低层理面的胶接强度。
10.如权利要求1所述的节理性页岩人造岩心的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的水泥试样尺寸为300mm×300mm×300mm或400mm×400mm×400mm。
11.如权利要求1所述的节理性页岩人造岩心的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述搅拌是用石英砂搅拌机进行搅拌10-15分钟。
12.如权利要求1所述的节理性页岩人造岩心的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述干燥是自然晾干，持续时间10-15天。
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