CN105545263B - 一种用于驱油实验的可视化喷砂模型及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种用于驱油实验的可视化喷砂模型及其制作方法，其中用于驱油实验的可视化喷砂模型包括玻璃载片、玻璃盖片，玻璃载片的内表面中心设置有容纳石英砂胶结层的方形凹槽，石英砂胶结层采用压缩空气携带胶结制剂和石英砂，经高速气体喷涂于玻璃载片内方形凹槽中制成，石英砂胶结层厚度和玻璃载片方形凹槽深度相同；玻璃盖片尺寸与玻璃载片尺寸相同，玻璃盖片与玻璃载片通过硅酮密封胶胶结成型；按井网设计的注采口贯穿玻璃盖片和石英砂胶结层。本发明喷砂过程完全克服了各种模型表面窜流的缺点，可实现渗透率的均匀和单层喷砂层的厚度均匀。

Description

一种用于驱油实验的可视化喷砂模型及其制作方法

技术领域

本发明涉及研究油气田开发过程中物理驱替效果和评价各类化学助剂所用的模型，具体涉及一种用于驱油实验的可视化喷砂模型及其制作方法。

背景技术

目前，在研究油气田开发过程中物理驱替效果和评价各类化学助剂所用的模型主要有：①钻取自地层的天然圆柱形岩心和人造的条状、平板岩心，是目前广泛应用于室内物理模拟的一种重要手段。优点是：机械强度高，可承受高温高压，成本较低。缺点是：其驱替过程均不可视，不能进行图像的分析，不能实时对实验中问题进行准确判断；②微观玻璃蚀刻模型，采用光化学蚀刻技术工艺，将天然岩心的孔隙结构光刻到平面玻璃上。优点是：驱替过程可视，可进行图像处理，可重复使用。缺点是：不具备真实岩心的砂岩颗粒表面，尺寸小，成本高；③填砂管模型，现有填砂管有玻璃和金属两大类，共同的缺点是填制的模型渗透率、孔隙度高，很难模拟实际油藏条件；④玻璃或有机玻璃平板模型，一般在两片玻璃间夹砂或用胶粘剂将砂胶结，优点是：驱替过程可视，可进行图像处理，缺点是：机械强度低，承压低，内表面易窜流，模型渗透率高；⑤岩心磨片类，这类模型通过天然或人造岩心磨片，部分可实现可视化，其缺点一是模型很难制成较大尺寸，另外模型磨制过程中破坏了部分孔隙结构，使模型表面反映的实验现象失真。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于驱油实验的可视化喷砂模型，这种用于驱油实验的可视化喷砂模型用于解决现有技术落后中填砂模型出现的渗透率难以控制以及玻璃或有机玻璃平板模型内表面易窜流的问题；本发明的另一个目的是提供这种用于驱油实验的可视化喷砂模型的制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于驱油实验的可视化喷砂模型包括玻璃载片、玻璃盖片，玻璃载片的内表面中心设置有容纳石英砂胶结层的方形凹槽，石英砂胶结层采用压缩空气携带胶结制剂和石英砂，经高速气体喷涂于玻璃载片内方形凹槽中制成，石英砂胶结层厚度和玻璃载片方形凹槽深度相同；玻璃盖片尺寸与玻璃载片尺寸相同，玻璃盖片与玻璃载片通过硅酮密封胶胶结成型；按井网设计的注采口贯穿玻璃盖片和石英砂胶结层。

上述方案中胶结制剂为环氧树脂。

上述方案中石英砂胶结层制成均质结构或多层非均质结构，通过石英砂粒径改变渗透率。

上述方案中石英砂胶结层的两侧各有三个注采口，玻璃盖片上设置两列注采口，每列有三个注采口，两列注采口分别与石英砂胶结层的两侧的注采口相对应。

上述方案中玻璃载片和玻璃盖片外均设置加厚玻璃板，两块加厚玻璃板外各设置一块带有中心孔的钢板夹持装置，钢板夹持装置两侧各设置三个注采口，玻璃载片、玻璃盖片、加厚玻璃板、钢板夹持装置固定在一起，钢板夹持装置与玻璃盖片之间，钢板夹持装置与载玻片之间均设置有橡胶垫；钢板夹持装置两侧的注采口与玻璃盖片上的注采口一一对应。

上述用于驱油实验的可视化喷砂模型制备方法：

一、加工玻璃盖片，并按照设计用玻璃钻头加工井网的注采口；

二、加工玻璃载片，玻璃载片内表面先用雕刻机雕刻出方形凹槽，制作方形凹槽时，在与玻璃盖片注采口相应的位置上先粘好粘贴纸保护点，粘贴纸厚度大于方形凹槽深度，再用环氧树脂喷枪均匀喷涂环氧树脂一层于整个方形凹槽，用于石英砂的粘结及石英砂与载玻片的粘结；然后用石英砂喷枪均匀喷涂石英砂于方形凹槽内环氧树脂的表面，使石英砂与环氧树脂牢固胶结；如上重复喷涂一层环氧树脂和一层石英砂，直至石英砂胶结层厚度达到方形凹槽深度；将粘贴纸撕下，玻璃载片制备完成，带注采口的石英砂胶结层同时形成在方形凹槽内；

三、粘结，用硅酮密封胶涂抹玻璃载片四周，将玻璃盖片盖在刚加工完成的玻璃载片上，压紧1小时，晾干24小时后，用于驱油实验的可视化喷砂模型即制备完成。

更进一步，上述方案中用于驱油实验的可视化喷砂模型制备方法：

一、加工玻璃盖片，其厚度1cm，按照设计用玻璃钻头加工井网的两列注采口，每列注采口与边缘距离为4cm，每列平均分布3个用于注入或者采出的口，玻璃钻头直径7mm；

二、加工玻璃载片，玻璃载片内表面先用雕刻机雕刻出方形凹槽，方形凹槽深度2-5mm，沿中心对称，方形凹槽大小25×25cm，制作方形凹槽时，在与玻璃盖片注采口相应的位置上先粘好粘贴纸保护点，粘贴纸厚度大于方形凹槽深度，再用环氧树脂喷枪均匀喷涂环氧树脂一层于整个方形凹槽，喷涂厚度0.5mm，用于石英砂的粘结及石英砂与载玻片的粘结；然后用石英砂喷枪均匀喷涂石英砂于方形凹槽内环氧树脂的表面，使石英砂与环氧树脂牢固胶结；如上重复喷涂一层环氧树脂和一层石英砂，直至石英砂胶结层厚度达到方形凹槽深度；将粘贴纸撕下，玻璃载片制备完成，带注采口的石英砂胶结层同时形成在方形凹槽内；当设计为多层非均质石英砂胶结层时，均匀喷砂一定厚度后，改变石英砂粒径，重复均匀喷砂，获得不同渗透率石英砂胶结层；

三、粘结，用硅酮密封胶涂抹玻璃载片四周，将玻璃盖片盖在刚加工完成的玻璃载片上，压紧1小时，晾干24小时后，用于驱油实验的可视化喷砂模型即制备完成。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明采用喷砂工艺过程实现，采用喷砂过程具有其他方法难以比拟的如下优点：

（1）能够模拟真实岩心结构，完全具备了人造岩心的优点。

（2）渗透率、孔隙度均匀，完全避免了各种填砂模型出现的渗透率难以控制和不均匀情况，通过严格控制喷砂枪的移动速度，可实现渗透率的均匀和单层喷砂层的厚度均匀，通过喷砂枪出口石英砂喷出速度可以控制石英砂与环氧树脂的胶结程度。同时，很多模拟场合需要非常薄石英砂胶结层厚度，近似石英砂直径的厚度，亦可利用喷砂时控制速度实现。

（3）利于制成非均质，在喷砂、喷胶过程中，通过改变石英砂粒径大小可实现两层或多层非均质，即在完成一层石英砂胶结层的喷胶、喷砂的过程后，改变石英砂直径，再次进行喷胶、喷砂过程，完成另外一种渗透率石英砂胶结的喷制。

（4）喷砂过程完全克服了各种模型表面窜流的缺点，传统上各种填砂模型均无法解决石英砂层和表面材料，如玻璃、有机玻璃、亚克力等之间的结合问题，不可避免产生石英砂层上下表面的渗透率远高于石英砂层内部渗透率的现象，极易产生表面窜流；采用喷砂工艺工程则由于喷胶和喷砂过程在载玻片表面进行，盖玻片与石英砂层之间亦有环氧树脂胶结，石英砂层完全与载玻片、盖片胶结为一体，从根本上解决了窜流问题。

（5）传统填砂、磨片、压制等技术制成的各种模型均需手工完成，采用喷砂、喷胶技术易于实现自动控制和批量生产，利于提高生产效率、质量可靠、重复性极好；喷砂、喷胶过程可在密闭环境完成，操作人员可与喷砂、喷胶环境分离，健康环保，对环境和操作人员身体无伤害。

2.本发明实验过程可视，可实时采集图像或观察渗流现象，有利于渗流机理和微观作用的研究。

3.本发明耐高压，一是模型侧面，与载玻片为一体玻璃，非粘结而成，因而承压强度高；另外，模型表面在粘结后，可根据需求，计算表面承压后，用厚玻璃片夹持，既保证承压，又保证可视效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中夹持钢板的示意图。

图中：1—玻璃载片，2—玻璃盖片，3—石英砂胶结层，4—注入端，5—采出端，6—钢板夹持装置，7—观察窗，8—螺栓孔。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明：

如图1所示，这种用于驱油实验的可视化喷砂模型包括玻璃载片1、玻璃盖片2，玻璃载片1的内表面中心设置有容纳石英砂胶结层3的方形凹槽，石英砂胶结层3采用压缩空气携带胶结制剂和石英砂，经高速气体喷涂于玻璃载片1内方形凹槽中制成，石英砂胶结层3厚度和玻璃载片1方形凹槽深度相同；玻璃盖片2尺寸与玻璃载片1尺寸相同，玻璃盖片2与玻璃载片1通过硅酮密封胶胶结成型；按井网设计的注采口贯穿玻璃盖片2和石英砂胶结层3，该注采口与室内注采实验设备相连。

胶结制剂为环氧树脂或类似可用于胶结物的制剂。石英砂胶结层3制成均质结构或多层非均质结构，通过石英砂粒径改变渗透率。

石英砂胶结层3的两侧各有三个注采口，玻璃盖片2上设置两列注采口，每列有三个注采口，两列注采口分别与石英砂胶结层3的两侧的注采口相对应；玻璃盖片2上的每列注采口与相应的玻璃盖片2边缘的距离为4cm。

当需要模型承压较高时，本发明中玻璃载片1和玻璃盖片2外均设置加厚玻璃板，两块加厚玻璃板外各设置一块带有中心孔的钢板夹持装置6，中心孔处构成观察窗7，中心孔的大小与石英砂胶结层3大小相当，通过观察窗7可以观察驱替过程；钢板夹持装置6两侧各设置三个注采口，钢板夹持装置6的边缘设置一圈螺栓孔8，玻璃载片1、玻璃盖片2、加厚玻璃板、钢板夹持装置6通过螺栓固定在一起，钢板夹持装置6与玻璃盖片2之间，钢板夹持装置6与玻璃载片1之间均设置有橡胶垫；钢板夹持装置6两侧的注采口与玻璃盖片2上的注采口一一对应，这样用以保证模型不受压力破坏。

这种用于驱油实验的可视化喷砂模型的制备方法：

玻璃载片和玻璃盖片准备：

厚度：玻璃载片1厚度1.5cm，玻璃盖片2厚度1cm；尺寸：30cm×30cm；

玻璃盖片2加工，按照设计用玻璃钻头加工井网的注采口，距离玻璃盖片2两侧边缘4cm的直线上，平均分布3个用于注入或者采出的口，钻头直径7mm，钻孔后备用；

玻璃载片1加工，一侧表面先用玻璃雕刻机雕刻正方形凹槽，正方形凹槽深度2-5mm，沿中心对称，凹槽大小25×25cm，并留有较大的外边缘；制作时，在注采口（即玻璃盖片钻孔相应位置上）先粘好粘贴纸保护点，粘贴纸厚度大于凹槽厚度，用不保护该处不粘结石英砂，先用喷枪（压缩空气携带环氧树脂液滴）均匀喷涂环氧树脂一层于整个凹槽，用于石英砂的粘结及石英砂与玻璃载片1的粘结，喷涂厚度0.5mm；用石英砂喷枪（压缩高压空气携带一定粒径石英砂）均匀喷涂石英砂于玻璃载片1内表面，使石英砂与环氧树脂牢固胶结；重复喷涂环氧树脂层和石英砂层，直至石英砂胶结层3厚度达到凹槽深度一致；当设计为多层非均质胶结层时，均匀喷砂一定厚度后，改变石英砂粒径，用于改变渗透率，重复均匀喷砂，获得不同渗透率胶结层；保护点由于有粘贴纸保护，没有胶结物，此时取下保护点粘贴纸，用于保证注入注采口贯穿石英砂胶结层3，保证驱替时整个厚度上的波及。

粘结，用硅酮密封胶涂抹玻璃载片1四周，将玻璃盖片2盖在刚加工完成的玻璃载片1上，压紧1小时，晾干24小时后成型。

本发明制作关键是中间喷砂胶结层为喷制而成，区别于现有所有用于模拟油藏的各种人造设备。本发明可视化程度高，模拟油藏性质吻合度高，玻璃盖片2与石英砂胶结层3之间密封性好，能喷制各种渗透率的模型模拟各种油藏环境，易于制成耐高压模型和非均质模型，并可方便与室内物理模拟注采设备相连接。

本发明使用方法：在模拟预定实验条件下，将注入设备与注入端4相连接，将采出端5与管线计量设备相连接，模拟初始地层状态，注入水或聚合物等驱油剂，可观察在不同预定方案的实验过程中驱替过程，同时可用摄像、照相等设备实施观察、采集实验数据，用于波及体积、采出程度等参数的计算及渗流机理研究等。

Claims (5)

1.一种用于驱油实验的可视化喷砂模型，其特征在于：这种用于驱油实验的可视化喷砂模型包括玻璃载片（1）、玻璃盖片（2），玻璃载片（1）的内表面中心设置有容纳石英砂胶结层（3）的方形凹槽，石英砂胶结层（3）采用压缩空气携带胶结制剂和石英砂，经高速气体喷涂于玻璃载片内方形凹槽中制成，石英砂胶结层（3）厚度和玻璃载片（1）方形凹槽深度相同；玻璃盖片（2）尺寸与玻璃载片（1）尺寸相同，玻璃盖片（2）与玻璃载片（1）通过硅酮密封胶胶结成型；按井网设计的注采口贯穿玻璃盖片（2）和石英砂胶结层（3）；所述的胶结制剂为环氧树脂；石英砂胶结层的具体制备方法：先用喷枪均匀喷涂环氧树脂一层于整个方形凹槽，用于石英砂的粘结及石英砂与玻璃载片（1）的粘结，喷涂厚度0.5mm；用石英砂喷枪均匀喷涂石英砂于玻璃载片（1）内表面，使石英砂与环氧树脂牢固胶结；如上重复喷涂环氧树脂层和石英砂层，直至石英砂胶结层（3）厚度达到方形凹槽深度一致；当设计为多层非均质胶结层时，均匀喷砂一定厚度后，改变石英砂粒径，重复均匀喷砂，获得不同渗透率胶结层；玻璃盖片（2）与石英砂层之间有环氧树脂胶结，石英砂层完全与玻璃载片（1）、玻璃盖片（2）胶结为一体。

2.根据权利要求1所述的用于驱油实验的可视化喷砂模型，其特征在于：所述的石英砂胶结层（3）的两侧各有三个注采口，玻璃盖片（2）上设置两列注采口，每列有三个注采口，两列注采口分别与石英砂胶结层（3）的两侧的注采口一一相对应。

3.根据权利要求2所述的用于驱油实验的可视化喷砂模型，其特征在于：所述的玻璃载片（1）和玻璃盖片（2）外均设置加厚玻璃板，两块加厚玻璃板外各设置一块带有中心孔的钢板夹持装置（6），钢板夹持装置（6）两侧各设置三个注采口，玻璃载片（1）、玻璃盖片（2）、加厚玻璃板、钢板夹持装置（6）固定在一起，钢板夹持装置（6）与玻璃盖片（2）之间，钢板夹持装置（6）与玻璃载片（1）之间均设置有橡胶垫；钢板夹持装置（6）两侧的注采口与玻璃盖片（2）上的注采口一一对应。

4.一种权利要求1所述的用于驱油实验的可视化喷砂模型的制备方法，其特征在于：

一、加工玻璃盖片（2），并按照设计用玻璃钻头加工井网的注采口；

二、加工玻璃载片（1），玻璃载片（1）内表面先用雕刻机雕刻出方形凹槽，制作方形凹槽时，在与玻璃盖片（2）注采口相应的位置上先粘好粘贴纸保护点，粘贴纸厚度大于方形凹槽深度，再用环氧树脂喷枪均匀喷涂环氧树脂一层于整个方形凹槽，用于石英砂的粘结及石英砂与玻璃载片（1）的粘结；然后用石英砂喷枪均匀喷涂石英砂于方形凹槽内环氧树脂的表面，使石英砂与环氧树脂牢固胶结；如上重复喷涂一层环氧树脂和一层石英砂，直至石英砂胶结层（3）厚度达到方形凹槽深度；将粘贴纸撕下，玻璃载片（1）制备完成，带注采口的石英砂胶结层（3）同时形成在方形凹槽内；

三、粘结，用硅酮密封胶涂抹玻璃载片（1）四周，将玻璃盖片（2）盖在刚加工完成的玻璃载片（1）上，压紧1小时，晾干24小时后，用于驱油实验的可视化喷砂模型即制备完成。

5.根据权利要求4所述的用于驱油实验的可视化喷砂模型的制备方法，其特征在于：

一、加工玻璃盖片（2），其厚度1cm，按照设计用玻璃钻头加工井网的两列注采口，每列注采口与边缘距离为4cm，每列平均分布3个用于注入或者采出的口，玻璃钻头直径7mm；

二、加工玻璃载片（1），玻璃载片（1）内表面先用雕刻机雕刻出方形凹槽，方形凹槽深度2-5mm，沿中心对称，方形凹槽大小25×25cm，制作方形凹槽时，在与玻璃盖片（2）注采口相应的位置上先粘好粘贴纸保护点，粘贴纸厚度大于方形凹槽深度，再用环氧树脂喷枪均匀喷涂环氧树脂一层于整个方形凹槽，喷涂厚度0.5mm，用于石英砂的粘结及石英砂与玻璃载片（1）的粘结；然后用石英砂喷枪均匀喷涂石英砂于方形凹槽内环氧树脂的表面，使石英砂与环氧树脂牢固胶结；如上重复喷涂一层环氧树脂和一层石英砂，直至石英砂胶结层（3）厚度达到方形凹槽深度；将粘贴纸撕下，玻璃载片（1）制备完成，带注采口的石英砂胶结层（3）同时形成在方形凹槽内；当设计为多层非均质石英砂胶结层时，均匀喷砂一定厚度后，改变石英砂粒径，重复均匀喷砂，获得不同渗透率石英砂胶结层（3）；

三、粘结，用硅酮密封胶涂抹玻璃载片（1）四周，将玻璃盖片（2）盖在刚加工完成的玻璃载片（1）上，压紧1小时，晾干24小时后，用于驱油实验的可视化喷砂模型即制备完成。