CN105001594B - 一种地震物理模型材料和模型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地震物理模型材料和模型，属于地球物理勘探领域。本发明所提供的地震物理模型材料包括如下组分：环氧树脂、固化剂和高吸水性树脂。与现有技术相比，本发明提供的地震物理模型材料不仅可以研究储层的双相特性，而且能够有效模拟地下岩石的弹性结构和模拟不同地层。利用所述地震物理模型材料制备几何比例为1:10000的大尺寸地震物理模型，模型不易开裂，且其超声波检测性能稳定，与实际地质结构相符。

Description

一种地震物理模型材料和模型

技术领域

本发明属于地球物理勘探领域，具体涉及一种地震物理模型材料和模型。

背景技术

地震勘探是油气勘探的重要手段，而地震波传播理论是地震勘探的理论基础，地震物理模拟技术又是研究地震波传播理论的重要方法，也是验证和解决实际生产问题的有力工具。早在20世纪20年代，英国地球物理学家E.C.Bullard就提出通过超声波模拟地震波，从而在小尺度的模型上研究地震学的问题。

地震物理模拟技术是在实验室按比例缩小制作的地震模型上用超声波技术进行各种地震数据采集，并对这些数据进行处理和解释，从而揭示地震波在复杂构造中传播规律。地震物理模拟的基础是波传播的相似原理。虽然地震波和超声波属于不同频段的机械波，但在各自的频段范围内只要传播介质的尺度与波长的比例相近，它们的某些传播特性和规律就有相似性。地震物理模型实验研究投资小，与数学模型相比，其最大的优点就是地震物理模型模拟结果的真实性，不受计算方法和假设条件的限制，因而地震物理模型受到国内外各石油公司和大学的高度重视。

地震物理模型实验在石油天然气勘探、开发中的应用越来越广泛。在地震波理论研究和复杂构造、裂缝带检测、井间地震研究及油藏动态监测等石油天然气勘探、开发工作中发挥重要的作用。随着石油勘探工作的深入，勘探难度也越来越大，许多地质现象及波场传播理论需要得到进一步的验证与完善，勘探方法也有待进一步发展。

模型材料的进步是推动地震物理模拟技术发展的主要因素之一。但是，现有地震物理模型材料存在以下缺点：

（1）模型材料均为单相介质，无法研究储层的双相特性；

（2）现有技术制备的大尺寸地震物理模型容易开裂，超声波检测不稳定；

（3）P波速度与孔隙度难以达到精确控制和变化的要求。由于现有技术多单独使用环氧树脂，单相介质模型材料中P波速度的变化不是线性的，甚至会出现不稳定的情况。

本发明希望提供一种能够用于研究储层的双相特性、与实际地质结构相符、能够模拟地下岩石的弹性结构和模拟不同地层的地震物理模型材料以及一种结构不易开裂、超声波检测性能稳定的地震物理模型。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种地震物理模型材料，其通过在环氧树脂中掺杂高吸水树脂进行材料的改性，利用高吸水性树脂在环氧树脂中所占比例的不同，可以制备出不同孔隙度条件水饱和充填的地震物理模型材料，即使用于制备几何比例为1:10000的大尺寸地震物理模型，模型也不易开裂，且其超声波检测性能稳定。

本发明的又一目的在于提供一种利用所述地震物理模型材料制备的地震物理模型。

本发明的又一目的在于提供一种地震物理模型材料或模型在地震物理模拟中的应用。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种地震物理模型材料，其包括如下组分：环氧树脂、固化剂和高吸水性树脂。

本发明所述高吸水性树脂（Superabsorbent polymers，简称SAP，也叫高吸水性高分子，超强吸水机或高吸水性聚合物）是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团并具有低交联度或部分结晶的水溶胀型高分子聚合物。本发明利用高吸水性树脂掺杂改性环氧树脂来制备地震物理模型材料，可以有效模拟储层双相介质（固相与液相），克服了现有技术中的地震模型材料为单相介质（固相）而不能够模拟储层双相介质的缺陷。一方面，本发明所提供的地震物理模型材料的P波速度稳定性良好，利于制备大尺寸的地震物理模型；另一方面，本发明所提供的地震物理模型材料的P波速度随孔隙度的增加呈线性降低，可以有效模拟地下岩石的弹性结构；再一方面，本发明所提供的地震物理模型材料的频谱分析结果表明其振幅在高频时衰减严重，低频时变化不明显，这与实际地质情况的实验结果匹配，从而可以制备出与实际储层地质构造相符合的地震物理模型。

根据本发明的一个具体实施例，所述高吸水性树脂选自聚丙烯酸盐、聚乙烯醇、聚醚和聚丙烯酰胺，优选为聚丙烯酸盐。

在本发明的一个优选实施例中，所述高吸水性树脂可以是聚丙烯酸钠。聚丙烯酸钠含有-COONa基团，其亲水性能比含-OH、-COOH、-CONH₂等亲水基团的高分子要更强，其吸水性能更为优良。所述聚丙烯酸钠的平均分子量可以是2000～10000，其制备出的地震物理模型材料与实际储层地质构造更为相符。

在本发明中，所述环氧树脂在本质上可以是本领域技术人员所公知的。可用作本发明的环氧树脂的实例包括但不限于：缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂和脂环族类环氧树脂中的一种或多种。

在本发明的一个优选实施例中，所述环氧树脂选自E-51型环氧树脂、E-44型环氧树脂和E-44型酚醛环氧树脂，其中E-51型环氧树脂是特别优选的。所述的E-51型环氧树脂、E-44型环氧树脂和E-44型酚醛环氧树脂属于E型环氧树脂，它们是由双酚A（2,2-双(4-羟基苯基)丙烷）和环氧氯丙烷在碱性介质中缩聚合成的线型聚合物，根据生产过程中原料配比的不同，得到不同分子量等级的环氧树脂。

根据本发明的一个具体实施例，所述环氧树脂的粘度优选11000mPa-14000mPa。环氧树脂的粘度是本发明需要考虑的重要方面。本发明的发明人经大量试验发现，环氧树脂的粘度太大，则难以将高吸水性树脂均匀掺杂到环氧树脂中；环氧树脂的粘度太小，则模型材料不易成型。

在本发明中，所述固化剂的作用是将环氧树脂与高吸水性树脂一起交联成网状或体型结构。作为本发明的固化剂在本质上可以是本领域技术人员所公知的。可用作本发明的固化剂实例包括但不限于：酸酐类固化剂、咪唑类固化剂、胺类固化剂（例如脂肪胺、芳香胺和改性胺类）中的一种或多种。

根据本发明的一个具体实施例，所述固化剂选自胺类固化剂。

在本发明的一个优选实施例中，所述固化剂优选为9229B型固化剂，其是以聚醚胺和脂环胺作为主要成分，同时添加其他表面助剂（如BYK流平剂）与消泡剂作为辅助剂合成的化合物，平均分子量可以是260。本发明的发明人经大量试验发现，由于9229B型固化剂的活性低，在模型浇注过程中，它不仅可以进一步缩短树脂的固化时间，提高了制作模型的效率，而且可以进一步降低模型固化过程中的放热量，能够有效解决现有技术中制作诸如1:1000的大尺寸地震物理模型容易开裂的问题。

根据本发明的一个具体实施例，在所述地震物理模型材料中，环氧树脂为90-110重量份，固化剂为20-35重量份，高吸水性树脂为1-100重量份。

根据本发明的一个具体实施例，在所述地震物理模型材料中，环氧树脂为95-105重量份，固化剂为25-35重量份，高吸水性树脂为1-50重量份。

为了提高本发明的技术效果或根据实际需要，在本发明所述的地震物理模型材料中还可以加入诸如稀释剂、引发剂、消泡剂、偶联剂、增塑剂和促进剂等一种或多种其他组分。

根据本发明提供的地震物理模型材料，其可通过包括如下步骤的方法制备：

a)加热一定重量份的环氧树脂，然后对环氧树脂进行抽真空，排除环氧树脂中的气泡；

b)按照重量份要求称量其他各组分，首先将固化剂和高吸水性树脂进行均匀搅拌，然后向上述溶液中加入步骤a）中预处理好的环氧树脂，再搅拌后使得各组分充分混合均匀。

根据本发明的另外一个方面，本发明提供了一种利用所述地震物理模型材料制备的地震物理模型。

本发明所述地震物理模型可通过包括如下步骤的方法制备：将各组分均匀混合的地震物理模型材料抽真空后，倒入涂有胶连固化的脱模涂层的模具中，固化，拆膜，得到所述的地震物理模型。

在所述地震物理模型的制备方法中，所述脱模涂层可以是本领域技术人员所熟知的，优选硅橡胶脱模涂层。

根据本发明的一个具体实施例，利用本发明所述的一种地震物理模型材料制备的地震物理模型与实际地质构造的尺寸比例为1:10000。在此比例下，地震物理模型中的1cm代表实际地质构造中的100m。

根据本发明的另外一个方面，本发明提供了一种地震物理模型材料和模型在地震物理模拟中的应用。

利用本发明所提供的地震物理模型材料或模型进行地震物理模拟实验，不仅能够有效模拟地质储层的双相性质，而且能够有效的模拟地下岩石弹性结构，与实际地质情况的实验结果匹配。因此，将本发明所提供的地震物理模型材料或模型应用于地震物理模拟实验，可以有效模拟地震波场，直接或间接地进行地震预报，同时也为石油天然气勘探、开发提供比较客观的依据。

本发明通过高吸水性树脂掺杂改性环氧树脂来制备地震物理模型材料，与现有技术相比具有如下突出的优点和有益效果：可以实现有效模拟地质储层的双相性质；模型材料的P波速度检测稳定性良好，利于制备大尺寸的地震物理模型；模型材料的P波速度检测结果随孔隙度的增加呈线性降低，可以有效模拟地下岩石的弹性结构；模型材料在频谱分析时，其振幅在高频时衰减严重，低频时变化不明显，这与实际地质情况的实验结果匹配，可以制备出与实际储层地质构造相符合的地震物理模型；本发明通过改变高吸水性树脂占环氧树脂的不同比例，可精确控制模型材料的P波速度与孔隙度，满足不同地质储层的模拟情况；固化时间短、放热量低，不仅能够提高模型制作的效率，而且有效解决了现有技术中制作诸如1：10000的大尺寸地震物理模型容易开裂的问题；成本低廉，制备方法简单，可以广泛应用于各种地震物理模拟实验中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见，下面简述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明优选实施例的地震物理模型材料的孔隙度与P波速度（m/s）关系图。

附图2为本发明优选实施例的地震物理模型材料的P波速度（m/s）稳定性试验结果图。

附图3为本发明优选实施例的地震物理模型材料的频谱分析结果图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

测试方法：

P波速度的测试方法：超声波测试

P波稳定性的测试方法：超声波测试

频谱分析方法：超声波测试，傅里叶变换分析，

上述超声波测试的纵波探头频率均为170KHz。

实施例1

一、模型参数：

首先根据研究目标，选定模拟的目的层位为某地区物理模型第三层，再根据地质构造解释设计模型，确定模型与目的储层的几何相似比为1:10000，波速设计为2491m/s。

二、模型材料及模型：

E51型环氧树脂：凤凰牌环氧树脂，产地江苏无锡，200g，

9229B型固化剂：由广州百联合成材料有限公司生产，60g；

聚丙烯酸钠：由常州市新亚环保材料有限公司生产，10g。

（1）把200g的环氧树脂放置于烘箱中，在50℃温度下预热1小时，然后将环氧树脂从烘箱中取出，对环氧树脂进行抽真空30分钟，排除环氧树脂中的气泡；

（2）称量60g的9229B型固化剂和10g的聚丙烯酸钠，搅拌使各组分混合均匀，然后向其中加入步骤（1）中处理好的环氧树脂，再次搅拌使各组分充分混合均匀；

（3）根据选定的模型与目的储层的比例系数1：10000，确定模型的尺寸为50cm×30cm×2cm，制作好模具，然后在模具表面涂覆一层硅橡胶脱模涂层，待脱模涂层胶连固化；

（4）将步骤（2）中混合配制好的组分抽真空处理10分钟，然后将其倒入步骤（3）中处理好的模具内，当材料固化完成后即可拆模，得到所述的一种地震物理模型。

三、性能测试：

将已经制备好的模型分别进行P波速度测试、P波速度稳定性测试以及频谱分析测试，测试结果见附图1～附图3。

实施例2～6

参照实施例1，用类似的方法和步骤，不同之处在于，模型材料的组分中选取不同重量份的高吸水性树脂，制备得到不同的模型，具体配方以及设计波速见下表1。

实施例2～6的的测试结果见附图1～附图3。

对比例1

参照实施例1，用类似的方法和步骤，不同之处在于，模型材料的组分中不添加高吸水性树脂，制备得到不同的模型，具体配方以及设计波速见下表1。

本对比例的性能的测试结果见附图1～附图3。

表1

从附图1的地震物理模型的孔隙度与P波速度（m/s）关系图中可以看出，通过改变高吸水性树脂在在环氧树脂中所占比例的不同，可以精确制备出不同P波速度与孔隙度条件水饱和充填的地震物理模型。在实施例1～6中，地震物理模型的P波速度随孔隙度增加基本呈线性降低，这与实际地质情况实验结果基本匹配。因此，通过高吸水性树脂掺杂改性后的新型地震物理模型材料可以有效的模拟地下岩石弹性结构，所制作的地震物理模型能够有效进行地震勘探物理模拟物理实验。

从附图2的地震物理模型的P波速度（m/s）稳定性试验结果图可以看出，对比例1中由纯环氧树脂制作的地震物理模型材料的P波速度在10天之内，由2550m/s降低至2400m/s，模型速度不稳定。相比之下，实施例1～6中的高吸水性树脂掺杂改性的环氧树脂地震物理模型的P波速度稳定性好，因此制备比例系数包括1:1000在内的大尺寸地震物理模型很有优势。

从附图3的震物理模型材料的频谱分析结果图可以看出，实施例1～6中高吸水性树脂掺杂改性环氧树脂制备的地震物理模型，高频衰减严重，低频部分变化不明显，与实际的储层地质构造相符合，可以制备出与实际储层地质构造相符合的地震物理模型。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (9)

1.一种地震物理模型材料，其包括如下组分：环氧树脂、固化剂和高吸水性树脂；其中，所述环氧树脂的粘度为11000mPa·s-14000mPa·s。

2.根据权利要求1所述的一种地震物理模型材料，其特征在于，所述高吸水性树脂选自聚丙烯酸盐、聚乙烯醇、聚醚和聚丙烯酰胺。

3.根据权利要求1所述的一种地震物理模型材料，其特征在于，所述固化剂选自胺类固化剂。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种地震物理模型材料，其特征在于，所述环氧树脂选自E-51型环氧树脂和E-44型环氧树脂。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种地震物理模型材料，其特征在于，在所述地震物理模型材料中，环氧树脂为90-110重量份，固化剂为20-40重量份，高吸水性树脂为1-100重量份。

6.根据权利要求5所述的一种地震物理模型材料，其特征在于，在所述地震物理模型材料中，环氧树脂为95-105重量份，固化剂为25-35重量份，高吸水性树脂为1-50重量份。

7.一种根据权利要求1-6中任意一项所述的地震物理模型材料制备的地震物理模型。

8.根据权利要求7所述的地震物理模型，其特征在于，所述的地震物理模型与实际地质构造的几何尺寸比例为1:10000。

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种地震物理模型材料或权利要求7或8所述的地震物理模型在地震物理模拟中的应用。