CN106932245A

CN106932245A - 用于页岩实验的岩心制备方法

Info

Publication number: CN106932245A
Application number: CN201511008625.3A
Authority: CN
Inventors: 高书阳; 何恕; 陈晓飞; 柴龙; 王显光; 唐文泉
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2015-12-29
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2017-07-07

Abstract

本发明提供一种用于页岩实验的岩心制备方法，包括以下步骤：(1)在真实地层页岩或露头岩石上钻取岩心柱；(2)对所述岩心柱进行造缝；(3)根据所需要模拟的裂缝厚度，制作多个厚度相同的片状体，并将片状体均匀布置在所述裂缝表面上；(4)将所述岩心柱合拢，并用凝胶封住；(5)在岩心柱外包裹能够将岩心柱完全密封的包裹层，制成待测岩心；(6)在待测岩心沿裂缝延伸方向的上下两端打孔，直至岩心柱端面。本发明可真实重现实际地层条件下页岩本身结构特征及裂缝壁面特性，使裂缝封堵实验结果更为准确；固化包裹层和岩心(柱)之间包裹紧密，实验时不会产生压力穿透而影响结果。

Description

用于页岩实验的岩心制备方法

技术领域

本发明涉及石油工程领域，尤其涉及一种页岩裂缝漏失和井壁失稳研究中的岩心制备方法。

背景技术

与常规具有较强水敏性的膨胀性泥页岩所带来的井壁失稳形式不同，页岩储层通常水敏性黏土矿物含量较低，微裂缝和层理发育。在页岩储层钻进过程中，钻井液滤液极易沿微裂缝及层理弱面侵入，造成裂缝的不断扩展、连通，致使整个井筒发生失稳，导致卡钻、回填侧钻等事故的发生。为解决页岩储层的井壁失稳问题，必须加强对微裂缝的封堵性能，有效降低甚至阻止钻井液滤液在微裂缝中的渗透。因此，室内模拟井下页岩特征及条件，开展页岩压力穿透及微裂缝封堵模拟实验是非常有必要的。而且由于页岩具有的非均质性强和微裂隙发育的特征，致使在室内取心过程中，极易沿层理弱面发生断裂，导致无法获取完整岩心以用于实验研究，因此，开展岩心制备方法研究具有重要的意义。

目前，常用的页岩岩心制备方法有以下几种：

1、浇铸成型法：该方法将水泥、石英砂、粘土、石膏粉等混合物浇铸成试样，待试样干燥、固化成型后，可得到人造岩心。该人造岩心与页岩有本质的区别，无法真实的反应页岩本身的结构特征，更无法用于模拟页岩压力穿透及微裂缝封堵实验。

2、钢化玻璃法：该方法利用激光或化学刻蚀工艺技术，在长方形透明、平整的钢化玻璃面中间部位刻蚀出微米级裂缝。裂缝表面粗糙以模拟真实泥页岩裂缝面，并配备同样规格的无刻缝的玻璃作为盖板。该方法可用于模拟不同尺度的裂缝，但缺点在于玻璃与页岩结构、缝面的粗糙程度相比具有较大的差别，仍无法准确模拟页岩裂缝的结构特征。

3、钢块模拟法：该方法与钢化玻璃法相似，将钢柱从中间剖开，分成两个截面为半圆的钢柱；在半圆柱矩形剖面上刻划出裂缝，后将两个半圆柱合拢后，即可开展裂缝封堵评价。该方法其缺点在于无法模拟页岩裂缝表面粗糙程度，且模拟的裂缝宽度较大，一般模拟裂缝宽度范围为100～1000μm，与实际地层条件下页岩裂缝宽度差别较大。且钢材为均质材料，与非均质性极强的页岩有本质的区别。

上述岩心制备方法都在一定程度上实现了对页岩及其裂缝系统的模拟，然而上述浇铸成型法、钢化玻璃法和钢块模拟法与实际地层条件下的页岩具有较大的差别，尤其无法模拟页岩孔吼特征，裂缝壁面粗糙程度及非均质性等特点，致使实验结果存在较大的误差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于建立一种可真实模拟实际地层条件下页岩结构特征及其裂缝系统的岩心制备方法，以用于页岩压力穿透及微裂缝封堵实验研究，为页岩井壁稳定及堵漏技术研究提供有效的研究手段。

为达上述目的，本发明提供一种用于页岩实验的岩心制备方法，其包括以下步骤：

(1)在真实地层页岩或露头岩石上钻取岩心柱；

(2)对所述岩心柱进行造缝，使岩心柱上形成裂缝；

(3)根据所需要模拟的裂缝厚度，制作多个厚度相同的片状体，并将片状体均匀布置在所述裂缝的至少一个表面上；

(4)将所述岩心柱合拢，并用凝胶将岩心柱的裂缝接口封住；

(5)在所述岩心柱外包裹能够将岩心柱完全密封的包裹层，制成待测岩心；

(6)在待测岩心沿裂缝延伸方向的上下两端打孔，直至岩心柱端面，完成岩心的制备。

所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其中，在步骤(2)中，所述裂缝位于岩心柱横截面的中间位置。

所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其中，在步骤(5)中，所述包裹层采用以一定比例混合均匀的环氧树脂和固化剂。

所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其中，在模具内注入以3：1的比例混合均匀的环氧树脂和固化剂至模具内1/3高度，再将岩心柱置于模具中间位置，用环氧树脂和固化剂的混合物将模具其他部分填充，固化24小时；待固化后，脱模，将待测岩心取出。

所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其中，在步骤(1)中，采用干法或液氮冷却方法钻取岩心柱。

所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其中，在步骤(5)和步骤(6)之间，还具有采用岩心切片机将包裹层切除一部分，使得岩心柱距待测岩心的上、下两端面距离均为10mm的步骤。

本发明还提供一种用于页岩实验的岩心制备方法，其包括以下步骤：

(1)在真实地层页岩或露头岩石上选取岩心；

(2)在所述岩心外包裹能够将岩心完全密封的包裹层，制成待测岩心；

(3)在待测岩心的上下两端打孔，直至岩心端面，完成岩心的制备。

所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其中，在步骤(2)中，所述包裹层采用以一定比例混合均匀的环氧树脂和固化剂。

所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其中，在步骤(2)中，在模具内注入以3：1的比例混合均匀的环氧树脂和固化剂至模具内1/3高度，再将岩心置于模具中间位置，用环氧树脂和固化剂的混合物将模具其他部分填充，固化24小时；待固化后，脱模，将待测岩心取出。

所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其中，在步骤(2)和步骤(3)之间，还具有采用岩心切片机将包裹层切除一部分，使得岩心距待测岩心的上、下两端面距离均为10mm的步骤。

本发明的有益效果是：可真实重现实际地层条件下页岩本身结构特征及裂缝壁面特性，使裂缝封堵实验结果更为准确；固化包裹层和岩心(柱)之间包裹紧密，实验时不会产生压力穿透而影响结果。本发明为深入研究裂缝封堵机理及页岩井壁失稳机理提供了途径。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是本发明第一实施例中所采用的岩心的示意图；

图2是本发明第一实施例中对岩心造缝后的示意图；

图3是本发明第一实施例中在岩心裂缝上设置薄片的示意图；

图4是本发明第一实施例中将岩心合拢的示意图；

图5是本发明第一实施例中将岩心包裹在环氧树脂和固化剂的混合物中的示意图；

图6是本发明第一实施例中在圆柱体上下两端打孔的示意图；

图7是本发明第二实施例中将岩心包裹在环氧树脂和固化剂的混合物中的示意图；

图8是本发明第二实施例中在圆柱体上下两端打孔的示意图；

附图标记说明：1-岩心柱；1’-岩心；2-片状体；3-包裹层；4-连通孔。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

第一实施例

需要说明的是，本发明第一实施例所制备的待测岩心可用于页岩微裂缝封堵实验，该实验可真实地评价封堵剂对页岩微裂缝的封堵效果。本发明的岩心制备方法的具体步骤如下：

(1)如图1所示，本发明采用的岩心为真实地层页岩或露头岩石。采用干法或液氮冷却方法钻取岩心柱1，岩心柱1的直径优选为20～30mm(特别是

25mm)，岩心柱1的长度与直径的比值优选为0.2～2。

(2)如图2所示，采用造缝仪对岩心柱1进行造缝，优选的是，使裂缝位于岩心柱1横截面中间位置。

(3)如图3所示，制作边长为1～2mm(特别是1.5mm)，厚度分别为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100微米的矩形不锈钢片状体组，每组6个(但不以此为限)。将厚度相同的6个片状体2均匀置于裂缝表面上以模拟一定厚度的裂缝。通过改变裂缝表面上布置的片状体的厚度，而能够模拟出不同厚度的裂缝。需要说明的是，不锈钢片状体的形状、边长(弧长)尺寸及厚度均不以此为限，为满足不同的实验需求，可以适当调整不锈钢片状体的形状、尺寸，甚至材质。

(4)如图4所示，将岩心柱合拢，用凝胶将岩心柱的裂缝接口封住。

(5)在模具内壁均匀喷洒一层脱模剂，以便于脱模。其中，模具的直径优选为35～40mm，特别是38mm，但不以此为限。

(6)如图5所示，在模具内注入物质以形成用于包裹岩心柱1的包裹层3。

其中，所述包裹层3可以采用以一定比例混合均匀的环氧树脂和固化剂，优选为环氧树脂和固化剂以3：1的比例混合均匀。而后将环氧树脂和固化剂混合物注入模具内约1/3高度，再将岩心柱置于模具中间位置，用环氧树脂和固化剂的混合物将模具其他部分填充，固化24小时。所述包裹层3能够实现对岩心柱1的完全密封。

(7)待固化后，脱模，将待测岩心(岩心柱1及包裹层3)取出；采用岩心切片机将包裹层3切除一部分，使得岩心柱1距待测岩心的上、下两端面距离均为10mm。

(8)如图6所示，采用直径为10～20mm钻孔机在待测岩心的沿裂缝延伸方向的上下两端打孔，直至岩心柱端面。

第二实施例

需要说明的是，本发明第二实施例所制备的岩心可用于页岩压力穿透实验，其可真实的反应压力在页岩内传递的过程。本发明的岩心制备方法的具体步骤如下：

(1)本发明采用的岩心为真实地层页岩或露头岩石。形状无要求，但需保证岩石表面洁净。

(2)在模具内壁均匀喷洒一层脱模剂，以便于脱模。其中，模具的直径优选为35～40mm，特别是38mm，但不以此为限。

(3)如图7所示，在模具内注入物质以形成用于包裹岩心1’的包裹层3。

其中，所述包裹层3可以采用以一定比例混合均匀的环氧树脂和固化剂，优选为环氧树脂和固化剂以3：1的比例混合均匀。而后将环氧树脂和固化剂混合物注入模具内约1/3高度，再将岩心1’置于模具中间位置，用环氧树脂和固化剂的混合物将模具其他部分填充，固化24小时。所述包裹层3能够实现对岩心1’的完全密封。

(4)待固化后，脱模，将待测岩心(岩心1’及包裹层3)取出；采用岩心切片机将包裹层3切除一部分，使得岩心1’距待测岩心的上、下两端面距离均为10mm。

(5)如图8所示，采用直径为10～20mm钻孔机在待测岩心的上下两端打孔，直至岩心端面。

综上所述，本发明的有益效果是：可真实重现实际地层条件下页岩本身结构特征及裂缝壁面特性，使裂缝封堵实验结果更为准确；固化包裹层和岩心(柱)之间包裹紧密，实验时不会产生压力穿透而影响结果。本发明为深入研究裂缝封堵机理及页岩井壁失稳机理提供了途径。

相关技术术语的名词解释虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种用于页岩实验的岩心制备方法，其包括以下步骤：

(1)在真实地层页岩或露头岩石上钻取岩心柱；

(2)对所述岩心柱进行造缝，使岩心柱上形成裂缝；

(4)将所述岩心柱合拢，并用凝胶将岩心柱的裂缝接口封住；

2.根据权利要求1所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述裂缝位于岩心柱横截面的中间位置。

3.根据权利要求1所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述包裹层采用以一定比例混合均匀的环氧树脂和固化剂。

4.根据权利要求3所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其特征在于，在模具内注入以3：1的比例混合均匀的环氧树脂和固化剂至模具内1/3高度，再将岩心柱置于模具中间位置，用环氧树脂和固化剂的混合物将模具其他部分填充，固化24小时；待固化后，脱模，将待测岩心取出。

5.根据权利要求4所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，采用干法或液氮冷却方法钻取岩心柱。

6.根据权利要求4所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其特征在于，在步骤(5)和步骤(6)之间，还具有采用岩心切片机将包裹层切除一部分，使得岩心柱距待测岩心的上、下两端面距离均为10mm的步骤。

7.一种用于页岩实验的岩心制备方法，其包括以下步骤：

(1)在真实地层页岩或露头岩石上选取岩心；

8.根据权利要求7所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述包裹层采用以一定比例混合均匀的环氧树脂和固化剂。

9.根据权利要求7所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，在模具内注入以3：1的比例混合均匀的环氧树脂和固化剂至模具内1/3高度，再将岩心置于模具中间位置，用环氧树脂和固化剂的混合物将模具其他部分填充，固化24小时；待固化后，脱模，将待测岩心取出。

10.根据权利要求7所述的用于页岩实验的岩心制备方法，其特征在于，在步骤(2)和步骤(3)之间，还具有采用岩心切片机将包裹层切除一部分，使得岩心距待测岩心的上、下两端面距离均为10mm的步骤。