CN104390825A - 一种可控可动流体的人造岩心及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可控可动流体的人造岩心及其制作方法。该岩心制作的主要步骤如下：首先石英砂与传统环氧树脂胶结物及次纳米级粉末状胶结物均匀搅拌，次纳米级粉末状胶结物的中值粒径在0.7-1.0μm之间，由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、结晶硫酸钙按质量比0.20-0.25∶0.30-0.35∶0.25-0.35∶0.20-0.30组成，将得到混合物装入圆柱形钢制模具经加压并高温烘干，得到人造岩心。通过改变两类混合物的比例，此类岩心不仅在孔隙度与渗透率等宏观方面与天然岩心具有较好的相似度，而且在岩心内部不同级别孔隙可达到特定比例的基础之上，可动流体分布比例也可在特定的范围内变化，且精度较高，从而满足油田三采化学驱优选及微观动用规律等实验需求。

Description

一种可控可动流体的人造岩心及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种用于油田化学驱方案优选及微观孔隙动用规律研究的岩心，属于一种可控可动流体的人造岩心及其制作方法。

背景技术

针对于长期水驱开采的地下储层，剩余油逐渐向中小孔隙内富集，目前油田大都采用化学驱对此部分剩余油进行挖潜。岩心驱替实验相对于化学驱方案优选至关重要，岩心质量的筛选尤为关键，但是天然岩心由于其具有不可重复性，取心过程复杂及不经济，因此，利用人造岩心进行化学驱方案优选及其渗流理论研究，相对天然岩心，具有可重复利用、制作方便等多种优势。但是目前常用的人造岩心的孔隙直径分布概率图大都呈单峰状，而天然岩心一般都具有双峰状特征，因此，在使用人造岩心进行化学剂颗粒优选或者其渗流规律研究时，很可能会忽略小孔隙的影响，从而对岩心可动流体分布变化规律的认识程度受到限制，导致对岩心剩余油潜力分布模拟效果及化学驱效果评价产生较大程度的误判。因此，现有的人造岩心无法解决在化学驱优选中针对小孔隙的动用规律的问题，而且对不同孔隙结构的储层的可动流体分布模拟，其精度也难于满足油田现场及室内驱替实验的要求。

发明内容

为了解决现有人造岩心孔隙结构分布单一、并且模拟不同天然岩心可动流体分布精度较差的问题，本发明提供了一种可控可动流体的人造岩心及其制作方法。该岩心由石英砂、环氧树脂胶结物、次纳米级粉末状胶结物等压制而成，其孔隙结构分布与天然岩心具有很好的匹配性，即孔隙直径概率分布图具有典型的双峰特征，并可模拟特定可动流体分布的天然岩心，其模拟精度可以满足油田现场及室内驱替实验的需求。

本发明所采用的技术方案是：首先将石英砂、环氧树脂胶结物、中值粒径在0.7-1.0μm之间的次纳米级粉末状胶结物搅拌均匀，装入方形碳钢制模具，其中，次纳米级粉末状胶结物由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、结晶硫酸钙按质量比0.20-0.25∶0.30-0.35∶0.25-0.35∶0.20-0.30的比例组成，利用压柱对岩心分别进行30min的正压与反压，施加压力在2.5-10MPa之间，然后放入恒温箱在80-85℃下高温烘干，在经过岩心切割机切磨岩心端面之后，得到具有可动流体可控特性的人造岩心。

一种可控可动流体的人造岩心制作方法，包括以下步骤：

(1)模具制作：

模具由底板、压柱及侧板组成，其外观尺寸为长×宽×高＝11cm×11cm×20cm，材料均为碳钢，此模具可压制直径为2.5cm、长度在8-12cm之间的圆柱形岩心；

(2)拌砂

将石英砂、环氧树脂胶结物、中值粒径在0.7-1.0μm之间的次纳米级粉术胶结物均匀搅拌，其中石英砂占80％-90％，环氧树脂胶结物占5％-10％，次纳米级粉术胶结物占5％-15％，且次纳米级粉术胶结物中硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、结晶硫酸钙的质量比为0.20-0.25∶0.30-0.35∶0.25-0.35∶0.20-0.30；

(3)装模

将均匀搅拌之后的石英砂、环氧树脂胶结物、次纳米级粉末状胶结物的混合物分3次装入模具，在每填入一段后，用压柱将混合物压实，以防止在后续加压过程中，混合物分布不均匀；

(4)加压

将装填好的模具放置压力机的中轴线上，缓慢升压至2.5-10MPa，压制约30分钟，然后卸压，反转模具，对模具另一端持续反压30分钟，压力同样在2.5-10MPa之间，以保证岩心两端颗粒分布均匀；

(5)高温烘干

取下压柱，将加压后的模具放进恒温箱中加热4小时，温度为80-85℃，然后取出冷却，将岩心取出，再将岩心放入恒温箱中加热6小时，保持同样的温度，使胶结剂得到充分固化；

(6)成型

将岩心冷却至室温，利用岩心切割机，将岩心的两个端面各切掉长度约1.5mm的圆柱片，得到柱状岩心。

根据本发明的人造岩心制作方法，其中，石英砂的粒径可根据目标岩心的渗透率要求进行配比。

本发明所具有的有益效果：利用上述压制方法通过调节物质配比所得到人造岩心，克服了目前由常规人造岩心内部孔隙分布过于单一而造成的岩心可动流体模拟精度差的问题。而本发明的人造岩心不仅能够在孔隙度、渗透率等宏观方面与天然岩心极度相似，更为重要的是可以实现对不同类型天然岩心的孔隙分布进行较为精确的模拟，从而达到岩心内部可动流体分布可控的目的，并且制作此类岩心的原料易获得，制作程序简单，可以进行批量的生产，为油田现场化学驱优选及室内驱替实验提供良好的技术支持。

附图说明：

图1模具结构示意图。

图2本发明实施例1所制备的岩心的孔喉半径分布图；

图3本发明实施例2所制备的岩心的孔喉半径分布图；

具体实施方式

图1示出了本发明制作方法中所使用的模具结构示意图，图中：1为底板，2为侧板，3为压柱；其中侧板内部具有圆柱型内腔，与压柱配合使用，使用时，将侧板一端与底板配合，另一端使用压柱插入圆柱型内腔，压紧岩心。

实施例1：

将石英砂80g、环氧树脂胶结物5g、次纳米级粉末状胶结物15g均匀混合并充分搅拌。其中石英砂不同目数配比：200目以上为2.11％，100-200目为8.42％，60-100目为15.79％，40-60目为36.84％，30-40目为31.58％，20-30目为5.26％；次纳米级粉末状胶结物中各组分的质量百分比为：硅酸三钙为20％，硅酸二钙为30％，铝酸三钙为25％，结晶硫酸钙为25％。将方形碳钢制模具内壁用丙酮反复擦拭，充分稀释内壁残留的胶结物，使其尽量干净无污染，然后将经充分搅拌的混合物平均分为三份倒入模具内腔，其中每倒入一份，用压柱手工将混合物压实，以保证在后续压制过程中颗粒分布均匀。将填好混合物的模具放置压力机的平台中轴线上，同时对压柱施加7.5MPa的压力，进行正压30分钟，然后卸压，对模具进行反压，同样施加的7.5MPa压力，持续30分钟。将压柱取下，颗粒混合物连同模具一同放入恒温箱中高温烘干，温度为85℃，持续4小时，然后取出降至室温，将岩心取出，将其单独放入恒温箱进行6小时85℃的高温烘干。用岩心切割机将取出的岩心的两个端面各切割1.5mm的圆柱面，以消除断面不均匀的影响，最终，得到圆柱形的岩心。通过对该岩心进行核磁共振T2谱检测，得到岩心的孔喉半径分布图，如图1所示，可见该岩心的可动流体饱和度为57.73％。

实施例2：

将石英砂85g、环氧树脂胶结物10g、次纳米级粉术状胶结物5g均匀混合并充分搅拌，其中石英砂不同目数配比为：200目以上为11.89％，100-200目为7.58％，60-100目为14.21％，40-60目为33.16％，30-40目为28.42％，20-30目为4.74％；次纳米级粉术状胶结物中各组分的质量百分比为：硅酸三钙为20％，硅酸二钙为30％，铝酸三钙为25％，结晶硫酸钙为25％。将方形碳钢制模具内壁用丙酮反复擦拭，充分稀释内壁残留的胶结物，使其尽量干净无污染，然后将经充分搅拌的混合物平均分为三份倒入模具内腔，其中每倒入一份，用压柱手工将混合物压实，以保证在后续压制过程中颗粒分布均匀。将填好混合物的模具放置压力机的平台中轴线上，同时对压柱施加10MPa的压力，进行正压30min，然后卸压，对模具进行反压，同样施加10MPa的压力，持续30min。将压柱取下，颗粒混合物连同模具一同放入恒温箱进行高温烘干，温度为85℃，持续4小时，然后取出降至室温，将岩心取出，将其单独放入恒温箱进行6小时85℃的高温烘干。用岩心切割机将取出的岩心的两个端面各切割1.5mm的圆柱面，以消除断面不均匀的影响，最终，得到圆柱形的岩心。通过对该岩心进行核磁共振T2谱检测，得到岩心的孔喉半径分布图，如图2所示，可见该岩心的可动流体饱和度为77.58％。

由图可见，实施例1、2的两块岩心的绝对渗透率相近，但通过控制次纳米级胶结物的含量及组成，达到了控制可动流体饱和度的目的。

Claims (7)

1.一种可控可动流体的人造岩心制作方法，岩心由石英砂、环氧树脂胶结物、次纳米级粉末状胶结物组成，将混合物装入模具，压制并高温烘干，最后岩心成型，其特征在于：次纳米级粉末状胶结物由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、结晶硫酸钙组成，通过调节次纳米级粉末状胶结物的质量比，得到不同微观孔隙分布特征的岩心，控制可动流体的分布比例。

2.根据权利要求1所述的人造岩心制作方法，其中，次纳米级粉末胶结物的中值粒径在0.7-1.0μm之间。

3.根据权利要求1或2所述的人造岩心制作方法，其中，按质量百分比，石英砂占80％-90％，环氧树脂胶结物占5％-10％，次纳米级粉末胶结物占5％-15％。

4.根据前述任一项权利要求所述的人造岩心制作方法，其中，硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、结晶硫酸钙按质量比0.20-0.25∶0.30-0.35∶0.25-0.35∶0.20-0.30的比例进行配比。

5.根据前述任一项权利要求所述的人造岩心制作方法，其中，制备过程包括以下各步骤：模具制作、拌砂、装模、加压、高温烘干、成型。

6.根据前述任一项权利要求所述的人造岩心制作方法，包括以下步骤：

(1)模具制作：

模具由底板、压柱及侧板组成，其外观尺寸为长×宽×高＝11cm×11cm×20cm，材料均为碳钢，此模具可压制直径为2.5cm、长度在8-12cm之间的圆柱形岩心；

(2)拌砂

将石英砂、环氧树脂胶结物、中值粒径在0.7-1.0μm之间的次纳米级粉末胶结物均匀搅拌，其中，按质量百分比，石英砂占80％-90％，环氧树脂胶结物占5％-10％，次纳米级粉末胶结物占5％-15％，且次纳米级粉末胶结物中硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、结晶硫酸钙的质量比为0.20-0.25∶0.30-0.35∶0.25-0.35∶0.20-0.30；

(3)装模

将均匀搅拌之后的石英砂、环氧树脂胶结物、次纳米级粉末状胶结物的混合物分3次装入模具，在每填入一段后，用压柱将混合物压实，以防止在后续加压过程中，混合物分布不均匀；

(4)加压

将装填好的模具放置压力机的中轴线上，缓慢升压至2.5-10MPa，压制约30分钟，然后卸压并反转模具，对模具另一端持续反压30分钟，压力同样在2.5-10MPa之间，以保证岩心两端颗粒分布均匀；

(5)高温烘干

取下压柱，将加压后的模具放进恒温箱中加热4小时，温度为80-85℃，然后取出冷却，将岩心取出，再将岩心放入恒温箱中加热6小时，保持同样的温度，使胶结剂得到充分固化；

(6)成型

将岩心冷却至室温，利用岩心切割机，将岩心的两个端面各切掉长度约1.5mm的圆柱片，得到柱状岩心。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法制作的人造岩心。