CN105277405B - 用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，包括以下步骤：对目标区块原岩的力学强度及孔隙特征进行测试，并根据力学强度测试结果选择水泥试样原料中水、灰、砂的比例，将原料混合之后均匀搅拌形成混合物；将混合物分批加入试样模具之中，并以原岩的孔隙特征测试结果为依据，根据测试到的原岩中孔隙的位置、大小及走向，在每批次的混合物中加入改性聚乙烯醇薄片；待水泥试样固结后拆模，并在预设条件下养护得到水泥试样。本发明提出的用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，制作出的水泥试样可较好地模拟岩石的层理、天然裂缝情况，提高了水力压裂、油气开采和储层伤害及恢复评价物理模拟实验的效率及准确性。

Description

用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法

技术领域

本发明涉及水泥试样制作方法技术领域，尤其涉及一种用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法。

背景技术

页岩作为一种低孔、低渗的沉积岩，具有薄片状的层理以及复杂的天然裂缝体系。由于研究水力压裂的机理需要进行大量试验，不可能全部基于现场原岩进行，因此，研制与原岩物理力学性能类似的水泥试样是开展水力压裂物理模拟的基础。除此之外，在室内模拟油气开采，进行储层伤害及恢复评价的过程中也同样需要制作大量的水泥试样。

而目前在模拟岩石孔隙结构的过程中，国内普遍采用的是在水泥试样内预制硬纸片的方法，这种方法与原岩的孔隙结构差距较大，大大降低了物理模拟实验的效率与准确性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，旨在提高水力压裂、油气开采和储层伤害及恢复评价物理模拟实验的效率与准确性。

为实现上述目的，本发明提供一种用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，包括以下步骤：

对目标区块原岩的力学强度及孔隙特征进行测试，并根据力学强度测试结果选择水泥试样原料中水、灰、砂的比例，将原料混合之后均匀搅拌形成混合物；

将所述混合物分批加入试样模具之中，并以原岩的孔隙特征测试结果为依据，根据测试到的原岩中孔隙的位置、大小及走向，在每批次的混合物中加入改性聚乙烯醇薄片；

待水泥试样固结后拆模，并在预设条件下养护得到水泥试样。

优选地，在将所述混合物分批加入试样模具之中的步骤之前，在试样模具的内侧壁刷满机油以便于脱模。

优选地，所述对目标区块原岩的力学强度及孔隙特征进行测试，并根据力学强度测试结果选择水泥试样原料中水、灰、砂的比例，将原料混合之后均匀搅拌形成混合物的步骤中，将原岩进行抗压、抗折的强度测试，得出力学强度测试结果，以力学强度测试结果为依据，制作多个具有不同水、灰、砂之比的小试样，并对多个小试样进行力学性能测试，以找到与现场原岩力学性能最为相近的水、灰、砂之比，再进行水泥试样的制作。

优选地，在将原料混合之后均匀搅拌形成混合物的过程中，在混合物中加入橡胶颗粒以改善水泥试样的韧性。

优选地，在将所述混合物分批次加入到试样模具的过程中，加入每一批次后都要进行铺平，进行充分振捣，并加入引气剂以排除混合物中的气泡，进行夯实。

优选地，采用CT扫描的方法，得出关于目标区块原岩内部孔隙结构特征的图像，并根据扫描图像所显示的天然裂缝的位置、大小及走向等情况，在每一批次夯实的混合物中放置改性聚乙烯醇薄片。

优选地，所述改性聚乙烯醇薄片的厚度为2~4mm，长度为30~100mm。

优选地，将所述混合物分批加入试样模具的过程中，在试样模具中分批次地加入混合物，直至加满，用刮刀将凸露出的混合物刮去，使其表面平整。

本发明提出的用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，制作出的水泥试样可较好地模拟岩石的层理、天然裂缝情况，对现有的以硬纸片来模拟天然裂缝的方式进行了改进，采用改性聚乙烯醇薄片，改进了现有水泥试样的制作方法，基于原岩的孔隙及力学特征，使在模拟水力压裂的过程中，人工裂缝穿越天然裂缝这一过程与现场压裂过程更加吻合，大大提高了水力压裂、油气开采和储层伤害及恢复评价物理模拟实验的效率及准确性，并降低了试验成本。

附图说明

图1为本发明用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法优选实施例的流程示意图；

图2为本发明用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法制作出的水泥试样的结构示意图。

图中，10-改性聚乙烯醇薄片，20-水泥试样，30-模拟井筒。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本优选实施例中，一种用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，包括以下步骤：

步骤S10，对目标区块原岩的力学强度及孔隙特征进行测试，并根据力学强度测试结果选择水泥试样20原料中水、灰、砂的比例，将原料混合之后均匀搅拌形成混合物；

将原岩进行抗压、抗折的强度测试，得出力学强度测试结果，以力学强度测试结果为依据，制作多个具有不同水、灰、砂之比的小试样，并对多个小试样进行力学性能测试，以找到与现场原岩力学性能最为相近的水、灰、砂之比，再进行水泥试样20的制作。另外，在将原料混合之后均匀搅拌形成混合物后，在混合物中加入橡胶颗粒以改善水泥试样20的韧性。

步骤S20，将混合物分批加入试样模具之中，并以原岩的孔隙特征测试结果为依据，根据测试到的原岩中孔隙的位置、大小及走向，在每批次的混合物中加入改性聚乙烯醇薄片10；

当在原岩某处扫描到孔隙时，则在水泥试样20的对应位置放置改性聚乙烯醇薄片10。根据对应位置孔隙的大小来选择改性聚乙烯醇薄片10的尺寸，根据孔隙走向确定改性聚乙烯醇薄片10放置的角度。

在将混合物分批加入试样模具之中的步骤之前，在试样模具的内侧壁刷满机油以便于脱模。在将混合物分批次加入到试样模具的过程中，加入每一批次后都要进行铺平，进行充分振捣，并加入少量引气剂（通常为质量分数0.004％~0.015％）以排除混合物中的气泡，进行夯实。将混合物分批加入试样模具的过程中，在试样模具中分批次地加入混合物，直至加满，用刮刀将凸露出的混合物刮去，使其表面平整。本实施例中，采用CT扫描的方法，得出关于目标区块原岩内部孔隙结构特征的图像，并根据扫描图像所显示的天然裂缝的位置、大小及走向等情况，在每一批次夯实的混合物中放置改性聚乙烯醇薄片10。改性聚乙烯醇薄片10的厚度为2~4mm，长度为30~100mm。

聚乙烯醇具有很好的水溶性，普遍以粉末和薄膜的状态存在，通过增长分子链，加厚分子层的方式对聚乙烯醇进行改性，可以使其呈不同厚度、不同形状的片状或条带状，改性后的聚乙烯醇的状态类似于塑料，并具有一定的力学强度，溶解时间也可根据厚度来调节。在水泥试样20固结过程中，改性聚乙烯醇薄片10缓慢溶解，在其原来存在的位置上便形成了空隙，以模拟页岩和油气储层的天然裂缝。由于在对聚乙烯醇进行改性的过程中，一次改性可得到数量较多的聚乙烯醇固体，而每个水泥试样20所需的聚乙烯醇的数量较少，一次改性可用于较多试样的制作，所以本发明可大大降低试验成本并提高模拟天然裂缝的准确性。

本实施例中，试样模具是由五块铁板对接组成，并用螺钉固定，便于拆模。五块铁板的内壁均为边长为300mm的正方形，即加工出的试样为边长300mm的立方体，试样的大小可以采用不同尺寸的模具进行调整；

实验开始之前对试样模具进行组装，并用螺钉固定，之后再用发泡剂将铁板之间的缝隙填充。

步骤S30，待水泥试样20固结后拆模，并在预设条件下养护得到水泥试样20。

具体地，本实施例中，待水泥试样20固结48小时之后进行拆模，预设条件指将试样置于温度为20℃，湿度为99％的恒温室内养护28天，可得到用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样20。

下面通过一个具体的实例来对本发明做进一步介绍：

参照图2，将从目标区块——延长石油鄂尔多斯盆地取回的原岩进行力学性能，并通过CT扫描得出其内部孔隙结构的图像，进行力学强度测试得出抗压、抗折强度；并准备试样模具、振捣棒和夯实工具，以及改性聚乙烯醇薄片10若干。力学强度测试采用的是WDW-E微机控制电子万能试验机，所测试的项目有：抗压强度、抗折强度等，将测试结果作为水泥试样20参数优选的依据。

将目标区块的现场原岩进行抗压、抗折等强度测试，得出力学强度测试结果。以测试结果为依据，制作具有不同水、灰、砂之比的边长为150mm的小试样，并进行力学性能测试。调整水、灰、砂之比的原则如下：随着灰砂比的降低，试样的抗压、抗折强度均相应的降低，当抗压、抗折强度与现场原岩的抗压、抗折强度之差小于15%时，即优选该种水灰砂比。本实施例中，所优选的配合比为水：水泥=0.44:1（质量比），石英砂：水泥=2.3:1（质量比）。

准备足量的水泥、石英砂、重晶石，并取16kg水泥，37.5kg石英砂，5kg重晶石粉及少量橡胶颗粒倒入搅拌机中充分搅拌，待混合均匀后加入7.5kg水继续搅拌至形成均匀的混合物。

将试样模具组装完成，并在试样模具内侧壁均匀地刷满机油，并用发泡剂将试样模具的铁板之间的缝隙进行封堵。

取混合物10kg，倒入试样模具之中，加入质量分数为0.004％~0.015％的ZY-99型引气剂，用振捣棒充分振捣，排除气泡，并夯实，之后均匀地在混合物中插入改性聚乙烯醇薄片。

重复上述步骤直至混合物的高度达到115mm，此时在混合物之上，试样模具正中央放置长度为205mm的模拟井筒30，使其出露试样模具20mm，之后继续向试样模具中加入混合物及改性聚乙烯醇薄片，搅拌并夯实，在搅拌及夯实的过程中注意模拟井筒30的位置及角度应保持不变。

当混合物充满试样模具后，用刮刀将凸露出试样模具的混合物刮除，使试样表面平整。

待水泥试样20表面固结之后拆模，将试样置于温度为20℃，湿度为99％的恒温室内进行养护，28天后即可进行水力压裂物理模拟实验。

本发明提出的用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，制作出的水泥试样可较好地模拟岩石的层理、天然裂缝情况，对现有的以硬纸片来模拟天然裂缝的方式进行了改进，采用改性聚乙烯醇薄片10，改进了现有水泥试样的制作方法，基于原岩的孔隙及力学特征，使在模拟水力压裂的过程中，人工裂缝穿越天然裂缝这一过程与现场压裂过程更加吻合，大大提高了水力压裂、油气开采和储层伤害及恢复评价物理模拟实验的效率及准确性，并降低了试验成本。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

对目标区块原岩的力学强度及孔隙特征进行测试，并根据力学强度测试结果选择水泥试样原料中水、灰、砂的比例，将原料混合之后均匀搅拌形成混合物；

将所述混合物分批加入试样模具之中，并以原岩的孔隙特征测试结果为依据，根据测试到的原岩中孔隙的位置、大小及走向，在每批次的混合物中加入改性聚乙烯醇薄片；

待水泥试样固结后拆模，并在预设条件下养护得到水泥试样。

2.如权利要求1所述的用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，其特征在于，在将所述混合物分批加入试样模具之中的步骤之前，在试样模具的内侧壁刷满机油以便于脱模。

3.如权利要求1所述的用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，其特征在于，所述对目标区块原岩的力学强度及孔隙特征进行测试，并根据力学强度测试结果选择水泥试样原料中水、灰、砂的比例，将原料混合之后均匀搅拌形成混合物的步骤中，将原岩进行抗压、抗折的强度测试，得出力学强度测试结果，以力学强度测试结果为依据，制作多个具有不同水、灰、砂之比的小试样，并对多个小试样进行力学性能测试，以找到与现场原岩力学性能最为相近的水、灰、砂之比，再进行水泥试样的制作。

4.如权利要求1所述的用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，其特征在于，在将原料混合之后均匀搅拌形成混合物的过程中，在混合物中加入橡胶颗粒以改善水泥试样的韧性。

5.如权利要求1所述的用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，其特征在于，在将所述混合物分批次加入到试样模具的过程中，加入每一批次后都要进行铺平，进行充分振捣，并加入引气剂以排除混合物中的气泡，进行夯实。

6.如权利要求1所述的用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，其特征在于，采用CT扫描的方法，得出关于目标区块原岩内部孔隙结构特征的图像，并根据扫描图像所显示的天然裂缝的位置、大小及走向情况，在每一批次夯实的混合物中放置改性聚乙烯醇薄片。

7.如权利要求1所述的用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，其特征在于，所述改性聚乙烯醇薄片的厚度为2~4mm，长度为30~100mm。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的用于模拟原岩孔隙特征的水泥试样的制作方法，其特征在于，将所述混合物分批加入试样模具的过程中，在试样模具中分批次地加入混合物，直至加满，用刮刀将凸露出的混合物刮去，使其表面平整。