CN105332686A - 微观驱油玻璃模型的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明微观驱油玻璃模型的制备方法涉及一种用于油田化学实验室与酸化压裂实验室模拟中低渗油藏及驱油过程的室内微观驱油模型的制作工艺。其目的是为了提供一种工艺简单、成本低的微观驱油玻璃模型的制备方法，使用该方法制得的驱油模型精度高、结构牢靠。本发明微观驱油玻璃模型的制备方法，包括如下步骤：预清洗、丝网印刷、油墨烘干、腐蚀、钻孔和烧结。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于油田化学实验室与酸化压裂实验室模拟中低渗油藏及驱油过程的室内微观驱油模型的制作工艺。
背景技术
现有技术制作类似玻璃模型采用的方法是光刻技术，其制备过程如下：将铸体薄片图案经过光刻制成掩膜板，然后经过前烘、曝光、显影、定影(坚膜)等过程，将图案转移到玻璃基板上，通过腐蚀、清洗，与玻璃盖板粘结形成玻璃模型。这种玻璃模型因其复杂的制作工艺，存在显著的缺点：
(1)制作成本昂贵：掩膜板制作需要昂贵的光刻机，光刻机价格从几十万到几百万不等，增加了玻璃模型的制作成本；
(2)技术成品率低：通过掩膜板遮光进行图形转移时，会出现图形缺陷；同时紫外线等照射时会出现光线不均匀造成后续显影过程中图形薄厚不均匀，从而导致图形缺陷；
(3)加工周期长：模型整体制作环节复杂，需经过前烘、曝光、显影、坚膜等环节，且每个环节都需要相当的时间，从而导致模型加工周期长；
(4)残次品率高：前烘、曝光、显影、坚膜等各环节加工条件复杂、苛刻，存在一定的危险和风险，导致模型样品制备失败，残次品率高；
(5)安全性能低：刻蚀后玻璃与玻璃盖结合不牢固，不仅不能满足实验压力要求导致浪费，甚至可能引起安全事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低的微观驱油玻璃模型的制备方法，使用该方法制得的驱油模型精度高、结构牢靠。
本发明微观驱油玻璃模型的制备方法，包括如下步骤：
预清洗；准备好两块玻璃，其中一块作为基板玻璃，另一块作为盖板玻璃；两块玻璃分别用丙酮或者洗涤液清洗，然后用清水清洗干净，放入恒温箱中烘干至水分消除；
丝网印刷；将基板玻璃从恒温箱取出，放置在丝网印刷机上进行油墨丝网印刷，以将油藏图版印刷在基板玻璃上；
油墨烘干；将丝网印刷后的基板玻璃放入烘干箱在100℃下烘干30～50分钟，以使油墨与基板玻璃牢固结合；
腐蚀；将烘干后的基板玻璃放入氢氟酸腐蚀池中进行腐蚀，以将基板玻璃未覆盖油墨的部分腐蚀成液流通道；其间油墨受氢氟酸的腐蚀会逐渐从基板玻璃脱落，当基板玻璃表面的油墨完全脱离时，将基板玻璃从腐蚀池取出并使用流动清水冲洗30分钟，然后放在清水中浸泡24小时，然后再次冲洗20分钟；最后放入烘干箱烘干；
钻孔；于基板玻璃表面的液流通道的两个端口处分别打一个通孔，其中一个通孔作为液体注入口，另一个通孔作为液体流出口；
烧结；首先将一块平滑的陶瓷板放置在马弗炉内，然后将基板玻璃放置在陶瓷板表面，然后将盖板玻璃对正贴合在基板玻璃有液流通道的一侧；然后马弗炉加热升温至720℃，马弗炉在720℃温度下保持4～5分钟后停止加热，以使基板玻璃与盖板玻璃粘合；最后待粘合后的基板玻璃和盖板玻璃冷却至室温时，微观驱油玻璃模型制作完成。
本发明微观驱油玻璃模型的制备方法，其中基板玻璃和盖板玻璃的尺寸均为76*76*3mm。
本发明微观驱油玻璃模型的制备方法，其中于预清洗阶段，对基板玻璃烘干时，烘干温度为100℃，烘干时间为3～5分钟。
本发明微观驱油玻璃模型的制备方法，其中于钻孔阶段，对基板玻璃所钻孔径为1.5mm。
本发明微观驱油玻璃模型的制备方法，其中于腐蚀阶段，氢氟酸腐蚀池内氢氟酸溶液的深度小于基板玻璃的厚度；将基板玻璃印有油墨图案的一面朝下放入氢氟酸腐蚀池中。
本发明微观驱油玻璃模型的制备方法与现有技术的区别在于：①使用丝网印刷技术将油藏图版直接印刷在基板玻璃上，待将油墨烘干后，对基板玻璃腐蚀以得到液流通道。丝网印刷属于计算机印刷技术，具有精度高、速度快、对环境要求低的优势，可以将油藏版图快速无损地印刷于基板玻璃的表面。本发明采用烘干机对印刷的油藏版图进行烘干，使得油墨与基板玻璃的结合更加牢固，从而为后续的成功腐蚀奠定了基础。②采用烧结技术将基板玻璃和盖板玻璃融合。烧结技术使得基板玻璃与盖板玻璃结合更紧密牢固，使得驱油模拟效果更逼真，而且避免了在后续驱油模拟试验时盖板玻璃与基板玻璃分离情况的发生。另外在烧结时，将基板玻璃放置在平滑的陶瓷板上，如此设计的目的是因为平滑的陶瓷与基板玻璃不会粘合，避免了基板玻璃与马弗炉底板的粘合。需要说明的是正是由于丝网印刷技术的引入，才使得腐蚀得到的液流通道深度一致，边界明晰，这为烧结技术的应用提供了可能性，避免了在烧结过程中液流通道被堵塞的情况发生。
下面结合附图对本发明作进一步地说明。
附图说明
图1为使用本发明一种微观驱油玻璃模型的制备方法制备的微观驱油模型的俯视图；
图2为印刷有油藏图版的基板玻璃。
具体实施方式
本发明一种微观驱油玻璃模型的制备方法，包括如下步骤：
预清洗；准备好两块尺寸均为76*76*3mm的玻璃，其中一块作为基板玻璃，另一块作为盖板玻璃；两块玻璃分别用丙酮或者洗涤液清洗，然后用清水清洗干净，放入恒温箱中烘干至水分消除，更精确的烘干参数为：烘干温度为100℃，烘干时间3～5分钟。
丝网印刷；将基板玻璃从恒温箱取出，放置在丝网印刷机上进行油墨丝网印刷，以将油藏图版印刷在基板玻璃上；
油墨烘干；将丝网印刷后的基板玻璃放入烘干箱在100℃下烘干30～50分钟，以使油墨与基板玻璃牢固结合；
腐蚀；将烘干后的基板玻璃以印有油墨图案的一面朝下放入氢氟酸腐蚀池中进行腐蚀，以将基板玻璃未覆盖油墨的部分腐蚀成液流通道；其间油墨受氢氟酸的腐蚀会逐渐从基板玻璃脱落，当基板玻璃表面的油墨完全脱离时，将基板玻璃从腐蚀池取出并使用流动清水冲洗30分钟，然后放在清水中浸泡24小时，然后再次冲洗20分钟；最后放入烘干箱烘干；
钻孔；于基板玻璃表面的液流通道的两个端口处分别打一个孔径为1.5mm的通孔，其中一个通孔作为液体注入口，另一个通孔作为液体流出口；
烧结；首先将一块平滑的陶瓷板放置在马弗炉内，然后将基板玻璃放置在陶瓷板表面，然后将盖板玻璃对正贴合在基板玻璃有液流通道的一侧；然后马弗炉加热升温至720℃，马弗炉在720℃温度下保持4～5分钟后停止加热，以使基板玻璃与盖板玻璃粘合；最后待粘合后的基板玻璃和盖板玻璃冷却至室温时，微观驱油玻璃模型制作完成。
为了验证使用本发明技术制备的微观驱油玻璃模型的优越性，首先分别根据实施例一、实施例二和实施例三的方案制取了试验样品，同时根据【背景技术】介绍的目前比较主流的光刻技术制作了对比样品。在采用各种方案制备样品过程中均对制作成本及制作时间做了记录。
实施例一
一种微观驱油玻璃模型的制备方法，包括如下步骤：
预清洗；准备好两块尺寸均为76*76*3mm的玻璃，其中一块作为基板玻璃，另一块作为盖板玻璃；两块玻璃分别用丙酮或者洗涤液清洗，然后用清水清洗干净，放入恒温箱中烘干至水分消除，更精确的烘干参数为：烘干温度为100℃，烘干时间3分钟。
丝网印刷；将基板玻璃从恒温箱取出，放置在丝网印刷机上进行油墨丝网印刷，以将油藏图版印刷在基板玻璃上；
油墨烘干；将丝网印刷后的基板玻璃放入烘干箱在100℃下烘干30分钟，以使油墨与基板玻璃牢固结合；
腐蚀；将烘干后的基板玻璃以印有油墨图案的一面朝下放入氢氟酸腐蚀池中进行腐蚀，以将基板玻璃未覆盖油墨的部分腐蚀成液流通道；其间油墨受氢氟酸的腐蚀会逐渐从基板玻璃脱落，当基板玻璃表面的油墨完全脱离时，将基板玻璃从腐蚀池取出并使用流动清水冲洗30分钟，然后放在清水中浸泡24小时，然后再次冲洗20分钟；最后放入烘干箱烘干；
钻孔；于基板玻璃表面的液流通道的两个端口处分别打一个孔径为1.5mm的通孔，其中一个通孔作为液体注入口，另一个通孔作为液体流出口；
烧结；首先将一块平滑的陶瓷板放置在马弗炉内，然后将基板玻璃放置在陶瓷板表面，然后将盖板玻璃对正贴合在基板玻璃有液流通道的一侧；然后马弗炉加热升温至720℃，马弗炉在720℃温度下保持4分钟后停止加热，以使基板玻璃与盖板玻璃粘合；最后待粘合后的基板玻璃和盖板玻璃冷却至室温时，微观驱油玻璃模型制作完成。
实施例二
一种微观驱油玻璃模型的制备方法，包括如下步骤：
预清洗；准备好两块尺寸均为76*76*3mm的玻璃，其中一块作为基板玻璃，另一块作为盖板玻璃；两块玻璃分别用丙酮或者洗涤液清洗，然后用清水清洗干净，放入恒温箱中烘干至水分消除，更精确的烘干参数为：烘干温度为100℃，烘干时间4分钟。
丝网印刷；将基板玻璃从恒温箱取出，放置在丝网印刷机上进行油墨丝网印刷，以将油藏图版印刷在基板玻璃上；
油墨烘干；将丝网印刷后的基板玻璃放入烘干箱在100℃下烘干40分钟，以使油墨与基板玻璃牢固结合；
腐蚀；将烘干后的基板玻璃以印有油墨图案的一面朝下放入氢氟酸腐蚀池中进行腐蚀，以将基板玻璃未覆盖油墨的部分腐蚀成液流通道；其间油墨受氢氟酸的腐蚀会逐渐从基板玻璃脱落，当基板玻璃表面的油墨完全脱离时，将基板玻璃从腐蚀池取出并使用流动清水冲洗30分钟，然后放在清水中浸泡24小时，然后再次冲洗20分钟；最后放入烘干箱烘干；需要注意的是氢氟酸腐蚀池内氢氟酸溶液的深度应小于基板玻璃的厚度，其目的是为了避免基板玻璃的背面也被腐蚀；而当氢氟酸溶液的深度大于基板玻璃的厚度时，基板玻璃的背面就会被腐蚀出坑槽，这会对后续烧结阶段的烧结质量造成严重影响。
钻孔；于基板玻璃表面的液流通道的两个端口处分别打一个孔径为1.5mm的通孔，其中一个通孔作为液体注入口，另一个通孔作为液体流出口；将钻孔步骤设置于此可以避免在后续烧结过程中气体膨胀过快引起玻璃破碎的问题发生。
烧结；首先将一块平滑的陶瓷板放置在马弗炉内，然后将基板玻璃放置在陶瓷板表面，然后将盖板玻璃对正贴合在基板玻璃有液流通道的一侧；然后马弗炉加热升温至720℃，马弗炉在720℃温度下保持4.5分钟后停止加热，以使基板玻璃与盖板玻璃粘合；最后待粘合后的基板玻璃和盖板玻璃冷却至室温时，微观驱油玻璃模型制作完成。
实施例三
一种微观驱油玻璃模型的制备方法，包括如下步骤：
预清洗；准备好两块尺寸均为76*76*3mm的玻璃，其中一块作为基板玻璃，另一块作为盖板玻璃；两块玻璃分别用丙酮或者洗涤液清洗，然后用清水清洗干净，放入恒温箱中烘干至水分消除，更精确的烘干参数为：烘干温度为100℃，烘干时间5分钟。
丝网印刷；将基板玻璃从恒温箱取出，放置在丝网印刷机上进行油墨丝网印刷，以将油藏图版印刷在基板玻璃上；
油墨烘干；将丝网印刷后的基板玻璃放入烘干箱在100℃下烘干50分钟，以使油墨与基板玻璃牢固结合；
腐蚀；将烘干后的基板玻璃以印有油墨图案的一面朝下放入氢氟酸腐蚀池中进行腐蚀，以将基板玻璃未覆盖油墨的部分腐蚀成液流通道；其间油墨受氢氟酸的腐蚀会逐渐从基板玻璃脱落，当基板玻璃表面的油墨完全脱离时，将基板玻璃从腐蚀池取出并使用流动清水冲洗30分钟，然后放在清水中浸泡24小时，然后再次冲洗20分钟；最后放入烘干箱烘干；
钻孔；于基板玻璃表面的液流通道的两个端口处分别打一个孔径为1.5mm的通孔，其中一个通孔作为液体注入口，另一个通孔作为液体流出口；
烧结；首先将一块平滑的陶瓷板放置在马弗炉内，然后将基板玻璃放置在陶瓷板表面，然后将盖板玻璃对正贴合在基板玻璃有液流通道的一侧；然后马弗炉加热升温至720℃，马弗炉在720℃温度下保持5分钟后停止加热，以使基板玻璃与盖板玻璃粘合；最后待粘合后的基板玻璃和盖板玻璃冷却至室温时，微观驱油玻璃模型制作完成。
制作周期、成品率和耐油压对比
分别对实施例一、实施例二、实施例三以及现有光刻技术生产的微观驱油模型的成品率及耐油压性能进行验证，再加上对制作周期的统计，得到下表数据：
由上表可以看出，就制作周期而言，实施例一、实施例二和实施例三试验样品是光刻对比样品的1/3；就成品率用而言，实施例一、实施例二和实施例三生产的试验样品成品率均为100％，相较于现有光刻技术生产的成品率83％而言，本发明基本消除了残次品的产生；就耐油压值而言，实施例一、实施例二和实施例三试验样品是光刻对比样品的2～3倍。由此可以看出，本发明极大地缩短了微观驱油模型的制作周期，却在相当大的程度上提高了微观驱油玻璃模型的成品率和耐油压性能，因此本发明具有巨大的推广价值。
本发明微观驱油玻璃模型的制备方法与现有技术的区别在于：①使用丝网印刷技术将油藏图版直接印刷在基板玻璃上，待将油墨烘干后，对基板玻璃腐蚀以得到液流通道。丝网印刷属于计算机印刷技术，具有精度高、速度快、对环境要求低的优势，可以将油藏版图快速无损地印刷于基板玻璃的表面。本发明采用烘干机对印刷的油藏版图进行烘干，使得油墨与基板玻璃的结合更加牢固，从而为后续的成功腐蚀奠定了基础。②采用烧结技术将基板玻璃和盖板玻璃融合。烧结技术使得基板玻璃与盖板玻璃结合更紧密牢固，使得驱油模拟效果更逼真，而且避免了在后续驱油模拟试验时盖板玻璃与基板玻璃分离情况的发生。另外在烧结时，将基板玻璃放置在平滑的陶瓷板上，如此设计的目的是因为平滑的陶瓷与基板玻璃不会粘合，避免了基板玻璃与马弗炉底板的粘合。需要说明的是正是由于丝网印刷技术的引入，才使得腐蚀得到的液流通道深度一致，边界明晰，这为烧结技术的应用提供了可能性，避免了在烧结过程中液流通道被堵塞的情况发生。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.微观驱油玻璃模型的制备方法，包括如下步骤：
预清洗；准备好两块玻璃，其中一块作为基板玻璃，另一块作为盖板玻璃；两块玻璃分别用丙酮或者洗涤液清洗，然后用清水清洗干净，放入恒温箱中烘干至水分消除；
丝网印刷；将基板玻璃从恒温箱取出，放置在丝网印刷机上进行油墨丝网印刷，以将油藏图版印刷在基板玻璃上；
油墨烘干；将丝网印刷后的基板玻璃放入烘干箱在100℃下烘干30～50分钟，以使油墨与基板玻璃牢固结合；
腐蚀；将烘干后的基板玻璃放入氢氟酸腐蚀池中进行腐蚀，以将基板玻璃未覆盖油墨的部分腐蚀成液流通道；其间油墨受氢氟酸的腐蚀会逐渐从基板玻璃脱落，当基板玻璃表面的油墨完全脱离时，将基板玻璃从腐蚀池取出并使用流动清水冲洗30分钟，然后放在清水中浸泡24小时，然后再次冲洗20分钟；最后放入烘干箱烘干；
钻孔；于基板玻璃表面的液流通道的两个端口处分别打一个通孔，其中一个通孔作为液体注入口，另一个通孔作为液体流出口；
烧结；首先将一块平滑的陶瓷板放置在马弗炉内，然后将基板玻璃放置在陶瓷板表面，然后将盖板玻璃对正贴合在基板玻璃有液流通道的一侧；然后马弗炉加热升温至720℃，马弗炉在720℃温度下保持4～5分钟后停止加热，以使基板玻璃与盖板玻璃粘合；最后待粘合后的基板玻璃和盖板玻璃冷却至室温时，微观驱油玻璃模型制作完成。
2.根据权利要求1所述的一种微观驱油玻璃模型的制备方法，其特征在于：基板玻璃和盖板玻璃的尺寸均为76*76*3mm。
3.根据权利要求1所述的一种微观驱油玻璃模型的制备方法，其特征在于：于预清洗阶段，对基板玻璃烘干时，烘干温度为100℃，烘干时间为3～5分钟。
4.根据权利要求1所述的一种微观驱油玻璃模型的制备方法，其特征在于：于钻孔阶段，对基板玻璃所钻孔径为1.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种微观驱油玻璃模型的制备方法，其特征在于：氢氟酸腐蚀池内氢氟酸溶液的深度小于基板玻璃的厚度；于腐蚀阶段，将基板玻璃印有油墨图案的一面朝下放入氢氟酸腐蚀池中。
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