CN105571917A - 一种加长人造岩心以及该岩心的制备方法和制备装置 - Google Patents

Abstract

一种加长人造岩心以及该岩心的制备方法和制备装置。主要目的在于提供一种能够克服模型形状导致的额外阻力的人造加长岩心模型。其特征在于：所述加长人造岩心由石英砂、胶黏剂和粘土矿物粉末经过模压固化后构成，所述岩心在水平方向上的横截面外缘曲线为两条等距螺旋线通过圆弧过渡连接后构成，所述加长人造岩心具有相同的螺旋间距;用于制备所述加长人造岩心的装置，由岩心压切头、方形模具和模具支撑体三部分构成。

Description

一种加长人造岩心以及该岩心的制备方法和制备装置

技术领域

本发明涉及一种应用于油气田开发领域中的用于模拟油藏情况的岩心制备方法与装置。

背景技术

在油气田开发过程中，实际的开发方式都要经过室内实验论证，矿场试验，大规模工业推广几个步骤，目前针对实际储层的模拟实验采用的岩心包括天然岩心、填砂管以及人造胶结岩心。这几种岩心的对比情况如下：天然岩心的优点是代表实际储层，缺点是取心成本高，资源有限，尺寸过小，无法进行大量的重复对比实验，使用范围较小。填砂管的优点是可以进行高温实验，缺点是孔隙度过大，代表性较差。人造胶结岩心尤其是石英砂环氧树脂胶结岩心的优点是其孔渗特性与天然岩心比较接近，可以批量制作，能够进行大范围的对比优选实验，缺点是尺寸相对于储层来说较小，一般只有几厘米到1米左右，因为岩心较短，聚合物等粘弹性流体在岩心中受岩心剪切的距离较短，模拟采出井的岩心出口端实际粘度保留率与实际储层差异过大。室内实验中岩样过短已经成为制约室内实验评价对储层的代表性的瓶颈，室内实验条件下研制加长的人造岩心成为必须解决的问题。

在已有的专利文献中，CN102628761B中给出了一种制备长岩心的方法，解决了一种加长岩心的制备问题，但因为该方法提供的岩心在进行驱替液驱替实验时流体需要在岩心中不断地进行180度转弯的流动，与实际储层注采井的流线情况差异太大，多个转弯处的渗流阻力会大幅增大沿程不必要的渗流阻力。在已有的文献中，也提出了采用串连岩心粘接得到长岩心的方法，该种方法得到的岩心在粘接处不可避免的产生额外的渗流阻力，影响化学驱替液的正常渗流特征。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提出了一种采用螺旋流线结构的加长岩心以及这种岩心的制备方法与制备装置，从而解决了现有技术中存在的短岩心有效实验长度较短难以满足实际模拟需要的问题以及解决了长岩心因为形状导致的沿程额外渗流阻力过大的问题，本方案给出了该种新的加长岩心的制备方法以及为了实施该方法而研制的特殊制备装置。利用该方法制备的岩心既能满足长岩心的模拟需要，又去除了沿程方形边界或串联粘接处的影响问题，使得室内岩心模拟实验更加接近真实储层情况。

本发明的技术方案是：该种加长人造岩心，由石英砂、胶黏剂和粘土矿物粉末经过模压固化后构成，所述岩心在水平方向上的横截面外缘曲线为两条等距螺旋线通过圆弧过渡连接后构成，所述加长人造岩心具有相同的螺旋间距。

用于制备上述加长人造岩心的装置，由岩心压切头、方形模具和模具支撑体三部分构成，其中，所述岩心压切头由压头连接板和等距螺旋压刀连接后构成，等距螺旋压刀的宽度与加长人造岩心的螺旋间距的数值相同；等距螺旋压刀的等距螺旋线的形状与所述加长人造岩心镂空部分形成的螺旋线形状相同；

所述方形模具由底板、一对外夹板、一对内夹板、上压板以及锁紧长螺栓构成；其中，底板的中央部分开有一个等距螺旋线形状的镂空区域，所述镂空区域内镶嵌有电木板；电木板的等距螺旋线的形状与等距螺旋压刀的形状相同；在底板上，围绕所述镂空区域分别开有供外夹板和内夹板嵌入的槽；内夹板卡入外夹板的内嵌槽上，通过锁紧长螺栓锁紧后固定在所述一对外夹板内，形成模具内腔；

所述模具支撑体由凹槽板和四个长方体支脚焊接而成，整体都为锰钢；所述凹槽板内部有两个凹槽，即一级凹槽和二级凹槽，两个凹槽厚度相加等于所述凹槽板的厚度，即二级凹槽贯穿凹槽板；所述一级凹槽与底板厚度相同，其长度和宽度分别比底板多2毫米，所述二级凹槽与底板中等距螺旋线形状的镂空区域正对齐，并大于镂空区域，以实现在垂直外力的作用下，电木板可以无障碍脱落。

用于制备上述加长人造岩心的制备方法，该方法由如下步骤构成：

将石英砂、胶黏剂和粘土矿物粉末按照待模拟的储层实际比例混合均匀放入所述方形模具中；

在所述方形模具中的胶黏剂尚未固化时，使用压力试验机加压初步定型；

将所述岩心压切头加装到压力试验机的压头上，采用脱模剂对所述岩心压切头进行涂抹；

对初步定型岩心加压软切割，使得电木板脱落，获得初步切割岩心；

将所述岩心压切头中的等距螺旋压刀与压头连接板分离，将带有等距螺旋压刀的初步切割岩心卸去方形模具后，整体移至恒温箱中固化；

从固化后的初步切割岩心中取出岩心压切头，将得到的等距螺旋线形状的岩心进行刮胶，之后依次进行中心井端面封堵布井、沿程布设测压点和采出端处布井；

浇铸烘干成型，得到加长的等距螺旋线形状的长岩心。

本发明具有如下有益效果：本发明的岩心断面为正方形或长方形，截面积范围为400mm²~10000mm²。总长度从几米到几十米，适用于化学剂在多孔介质中的滞留量实验、深部调驱实验，沿程压力分布实验以及化学驱油剂在长岩心剪切后的特性变化检测实验，本发明解决了若干岩心串联起来的端面粘接引起的影响渗流特征的技术问题，也解决了已有专利技术因为岩心形状导致的额外渗流阻力的技术问题。该方法制备的岩心能够满足岩心微观孔隙尺寸及结构特征与天然岩心相近，同时具备水敏特性，制备的岩心能够满足长岩心实验的需要，实验模拟更接近真实注采情况，岩心的重复性优良。综上所述，利用本发明提供的方法制备的岩心既能满足长岩心的模拟需要，又去除了沿程方形边界或串联粘接处的影响问题，使得室内岩心模拟实验更加接近真实储层情况。

附图说明：

图1是本发明所述岩心压切头的结构示意图。

图2是本发明所述长岩心的结构示意图。

图3是本发明所述方形模具的零件组合前的结构示意图。

图4是本发明所述模具支撑体的结构示意图。

图5是本发明所述长岩心在两端布设完注采井、在岩心平面的垂直线和水平线上布设完沿程测压点后的结构示意图。

图6是制备长岩心时，所使用的浇铸模型的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图2所示，该种加长人造岩心，其独特之处在于：所述加长人造岩心3由石英砂、胶黏剂和粘土矿物粉末经过模压固化后构成，所述岩心在水平方向上的横截面外缘曲线为两条等距螺旋线通过圆弧过渡连接后构成，所述加长人造岩心具有相同的螺旋间距2。

一种用于制备前述加长人造岩心的装置，由岩心压切头、方形模具和模具支撑体三部分构成，其中，所述岩心压切头如图1所示，由压头连接板5和等距螺旋压刀6连接后构成，等距螺旋压刀6的宽度与所述加长人造岩心的螺旋间距2的数值相同，即二者的形状相吻合；等距螺旋压刀6的等距螺旋线的形状与所述加长人造岩心镂空部分形成的螺旋线形状相同。具体实施时，压刀为锰钢材质，压刀厚度为2mm-3mm，压刀高度200mm-220mm，制备时首先根据实际岩心的螺旋线形状在压头连接板上使用铣床铣出与压刀厚度相同的宽槽，深度3~20mm，之后将压刀镶入。

如图3所述，所述方形模具由底板10、一对外夹板13、一对内夹板15、上压板以及锁紧长螺栓16构成；其中，底板10的中央部分开有一个等距螺旋线形状的镂空区域，所述镂空区域内镶嵌有电木板11；电木板11的等距螺旋线的形状与等距螺旋压刀6的形状相同；在底板10上，围绕所述镂空区域分别开有供外夹板13和内夹板15嵌入的槽；内夹板15卡入外夹板13的内嵌槽上，通过锁紧长螺栓16锁紧后固定在所述一对外夹板内，形成模具内腔。

如图4所述模具支撑体由凹槽板和四个长方体支脚9焊接而成，整体都为锰钢；所述凹槽板内部有两个凹槽，即一级凹槽7和二级凹槽8，两个凹槽厚度相加等于所述凹槽板的厚度，即二级凹槽8贯穿凹槽板；所述一级凹槽与底板10厚度相同，其长度和宽度分别比底板10多2毫米，所述二级凹槽与底板10中等距螺旋线形状的镂空区域正对齐，并大于镂空区域，以实现在垂直外力的作用下，电木板11可以无障碍脱落。模具支撑体整体都为锰钢，具体实施时，凹槽板整体尺寸为长×宽×厚=900mm～1500mm×900mm～1500mm×300～600mm；长方体支脚尺寸为长×宽×厚=50mm～100mm×50mm～100mm×1000～2000mm，分别焊接在模具支架四个角。

用于制备所述加长人造岩心的制备方法，该方法由如下步骤构成：

将石英砂、胶黏剂和粘土矿物粉末按照待模拟的储层实际比例混合均匀放入所述方形模具中；在所述方形模具中的胶黏剂尚未固化时，使用压力试验机加压初步定型；将所述岩心压切头加装到压力试验机的压头上，采用脱模剂对所述岩心压切头进行涂抹；对初步定型岩心加压软切割，使得电木板脱落，获得初步切割岩心；将所述岩心压切头中的等距螺旋压刀与压头连接板分离，将带有等距螺旋压刀的初步切割岩心卸去方形模具后，整体移至恒温箱中固化；从固化后的初步切割岩心中取出岩心压切头，将得到的等距螺旋线形状的岩心进行刮胶，之后依次进行中心井端面封堵布井、沿程布设测压点和采出端处布井；浇铸烘干成型，得到加长的等距螺旋线形状的长岩心。在完成上述步骤时，需要注意：岩心制作物料由石英砂、环氧树脂、粘土矿物粉末组成。根据实际要模拟的储层情况的粘土矿物组成、粒度分布、胶黏剂含量确定不同粒径的石英砂含量及粘土矿物成分粉末用量，搅拌均匀后加入环氧树脂胶黏剂，再次搅拌均匀后，将覆膜粘土矿物加入上述物料再次搅拌均匀。此外，在装模刮砂时，将四周挡板与底板组装在一起，用螺栓固定，形成可存放物料的模具，模具内部涂抹脱模剂，将已拌好的物料分次加入模具，通过调整刮板深度分次将每次加入物料刮平，直至物料在方形模具内分布均匀为止。在加压初步成型时，首先将上压板放置与模具中物料上方，然后将整体模具置于压力试验机承压板中心线上，压力机缓慢升压至设计值，压力机通过上压板将模具内部物料压实，压实完毕后泄压。在进行软切割时，将模具从压力机上取出后将模具支架置于承压板中心线上压力机上，将模具上的上压板替换成带有螺旋压刀的上压板，其中压刀要涂抹脱模剂，且带有压刀一侧方向向下放置，再整体模具放置于模具支架中，启动压力机将压刀压入，压刀切入岩心后将下底板中电木板压掉，使对应电木板形状的岩心部分随电木板自动脱落，初步成型岩心。得到固化后的漩涡形状裸露长岩心固化后取下模具，利用圆形切割工具去除切掉四周多余部分岩心，得到漩涡形状的裸露长岩心。然后才能刮胶，沿程布设测压点。图5是长岩心在两端布设完注采井、在岩心平面的垂直线和水平线上布设完沿程测压点后的结构示意图,其中,图中标号为18的是采出井位置,图中标号为19的是注入井位置,图中标号为20的是压力监测点之一。最后对长岩心进行浇铸密封，图6是所使用的木制浇铸模具的结构示意图，将裸露的长岩心放入特制形状的木制浇铸模具中，倒入按照比例搅拌好的环氧树脂与固化剂，常温固化10～12小时，得到设计长度的旋涡状长岩心。

下面给出一个具体实施例：

取中砂A和细砂B各9500克，粘土矿物粉末300克，混合均匀，再取环氧树脂800克、邻苯二甲酸二丁酯213克、乙二胺55克和丙酮570克，混合均匀后倒入石英砂中，搅拌、过筛，确保混合均匀，用丙酮将模具内侧擦拭干净后将石英砂和胶结物的混合物倒入模具，用刮沙板在模具内沿水平方向来回刮擦，最后将模具置于压力机上。

加压初步成型：将上压板放置于模具中物料上方中，调整模具位置，使其保持在压力机压板中心线上，然后将压力机缓慢增压至压力达到10MPa，稳压15min，利用上压板将物料压实，最后压力机泄压。

软切割：将模具取出，将模具支架放置于压力机压板中心线上，将压刀涂抹脱模剂后用带有压刀的上压板替换原上压板，切刀方向向下，此时将模具整体放入模具支架的一级凹槽中，确保底板镶入的电木板与二级凹槽正对齐，可以无障碍脱落。再次启动压力试验机使得压刀压入，压刀切入岩心后将下底板中电木板压掉，使岩心中心位置多余部分自动脱落，压力机泄压，此时岩心雏形制作完毕。

卸压刀模具整体烘干固化：将带有压刀的上从模具上端垂直拔出，用叉车将方形模具整体移置恒温箱内加热固化，固化温度90摄氏度，固化时间12h。

得到固化后的漩涡形状裸露长岩心：去除岩心四周多余部分，得到漩涡形状裸露长岩心，岩心尺寸为长×宽×厚=2000mm×45mm×100mm。

裸露长岩心布井刮胶：在裸露长岩心两端布设注采井，在岩心平面的垂直线和水平线上布设沿程测压点。

布设完注采井和压力检测点后，用刷子将裸游岩心表面涂抹一层环氧树脂，用刮板刮匀称，厚度约1mm，刮胶完毕后常温固化2个小时待环氧树脂固化后再进行下一步操作。

长岩心浇铸密封：将环氧树脂与固化剂按照15:1比例配制，搅匀。将刮完胶的裸露的长岩心放入浇筑模具中，倒入按照比例搅拌好的环氧树脂与固化剂，倒入的量为淹没岩心20mm，常温固化10小时，将岩心取出翻转，使得原来底面向上，再次倒入环氧树脂与固化剂混合物，同样没过岩心30mm，再次常温固化10小时，此时得到旋涡状长岩心。岩心制作完毕。

Claims (3)

1.一种加长人造岩心，其特征在于：所述加长人造岩心由石英砂、胶黏剂和粘土矿物粉末经过模压固化后构成，所述岩心在水平方向上的横截面外缘曲线为两条等距螺旋线通过圆弧过渡连接后构成，所述加长人造岩心具有相同的螺旋间距（2）。

2.一种用于制备权利要求1中所述加长人造岩心的装置，由岩心压切头、方形模具和模具支撑体三部分构成，其中，

所述岩心压切头由压头连接板（5）和等距螺旋压刀（6）连接后构成，等距螺旋压刀（6）的宽度与权利要求1所述加长人造岩心的螺旋间距（2）的数值相同；等距螺旋压刀（6）的等距螺旋线的形状与所述加长人造岩心镂空部分形成的螺旋线形状相同；

所述方形模具由底板（10）、一对外夹板（13）、一对内夹板（15）、上压板以及锁紧长螺栓（16）构成；其中，底板（10）的中央部分开有一个等距螺旋线形状的镂空区域，所述镂空区域内镶嵌有电木板（11）；电木板（11）的等距螺旋线的形状与等距螺旋压刀（6）的形状相同；在底板（10）上，围绕所述镂空区域分别开有供外夹板（13）和内夹板（15）嵌入的槽；内夹板（15）卡入外夹板（13）的内嵌槽上，通过锁紧长螺栓（16）锁紧后固定在所述一对外夹板内，形成模具内腔；

所述模具支撑体由凹槽板和四个长方体支脚（9）焊接而成，整体都为锰钢；所述凹槽板内部有两个凹槽，即一级凹槽（7）和二级凹槽（8），两个凹槽厚度相加等于所述凹槽板的厚度，即二级凹槽（8）贯穿凹槽板；所述一级凹槽与底板（10）厚度相同，其长度和宽度分别比底板（10）多2毫米，所述二级凹槽与底板（10）中等距螺旋线形状的镂空区域正对齐，并大于镂空区域，以实现在垂直外力的作用下，电木板（11）可以无障碍脱落。

3.一种用于制备权利要求1所述加长人造岩心的制备方法，该方法由如下步骤构成：

将石英砂、胶黏剂和粘土矿物粉末按照待模拟的储层实际比例混合均匀放入权利要求2所述方形模具中；

在所述方形模具中的胶黏剂尚未固化时，使用压力试验机加压初步定型；

将权利要求2中所述岩心压切头加装到压力试验机的压头上，采用脱模剂对所述岩心压切头进行涂抹；

对初步定型岩心加压软切割，使得电木板（11）脱落，获得初步切割岩心；

将所述岩心压切头中的等距螺旋压刀（6）与压头连接板（5）分离，将带有等距螺旋压刀（6）的初步切割岩心卸去方形模具后，整体移至恒温箱中固化；

从固化后的初步切割岩心中取出岩心压切头，将得到的等距螺旋线形状的岩心进行刮胶，之后依次进行中心井端面封堵布井、沿程布设测压点和采出端处布井；

浇铸烘干成型，得到加长的等距螺旋线形状的长岩心。