CN108593378B - 一种新型可视化岩心模型及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种新型可视化岩心模型及其制作方法，模型包括阀门底座和阀门，还包括岩心切片、透明有机玻璃基体；透明有机玻璃基体上开有凹槽，凹槽两侧设有引槽，引槽端部设有贯穿孔；其制作方法为：1、岩心切片；2、岩心切片粘贴基体设计；3、模型成型，使用亲油粘接剂将岩心切片固定于凹槽中，然后使用石蜡对引槽和贯穿孔进行封堵，先用改性环氧树脂直接对透明有机玻璃基体和岩心切片进行第一次浇筑，待固化后再对透明有机玻璃基体和岩心切片及其四周进行第二次拓宽式浇注；待环氧树脂固化后对透明有机玻璃基体进行加热至石蜡完全流出；在透明有机玻璃基体的贯穿孔处安装阀门底座和阀门。

Description

一种新型可视化岩心模型及其制作方法

技术领域

本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种新型可视化岩心模型及其制作方法。

背景技术

近年来，我国的大部分油田都已进入了二次采油或三次采油的高含水阶段，对低渗透油藏的开采成为了必然趋势。虽然我国低渗油层所占的比重较大，但人们对低渗透油藏的认识还不够充分，需通过微观物理模型来研究低渗透油层开发的微观渗流特征，所以低渗透油层的微观可视化驱替逐渐得到了人们的重视。经过长期发展，可视化模型的制作研究在国内外都有所突破。目前，中国科学理化技术研究所提出了“真实岩心可视化微观模型及其制作方法”，该模型是一种由真实岩心片、有机玻璃盖片、有机玻璃载片和针头组成的高温压力成型的模型。该专利制作技术的关键在于经高温压力使有机玻璃软化与岩心片紧密粘结，冷却成型。西北大学提出了“真实储集岩微观孔隙模型及其制作技术”，该模型主要由真实储集岩片、引槽、针头、盖玻璃、载玻璃和环氧树脂胶组成。

上述两种模型也存在一定缺陷：（1）在制作过程中都设置有针头和针槽，存在针头过流断面较小，流体流经针头时阻力较大，不利于流体注入与采出；（2）制作过程中对于岩心与有机玻璃载片的粘接操作都比较复杂，前者是在80-140℃的烘箱中，每隔20-40分钟用夹持器在垂直方向施加压力压紧模型一次，使有机玻璃片与岩心紧密接触，3-6小时后取出冷却成型。后者是在岩心底片粘结过程中，为了保护砂岩孔隙而事先经过比较繁琐的步骤在岩心中注入有机玻璃单体，再对填好有机玻璃的岩片进行粗磨和细磨；（3）上述两种模型在制作过程中都需要对有机玻璃载片和有机玻璃盖片进行粘接，要实现两片较大玻璃片完全粘接十分困难，驱替过程中极有可能因粘结不牢进而导致流体在两玻璃片间发生窜流。因此，亟待提出一种既可以保持岩心孔隙结构完整性，且制作过程简单且模型承压能力明显增强的可视化岩心微观模型及其制作方法。从二十世纪五十年代起，微观模型的研究就已经开始，经过几十年的发展，微观模型有了一定的突破，但它们大多与真实的岩石孔隙有着较大的差距，不能真实地反映出流体在多孔介质中的渗流规律。

发明内容

本发明目的是提供了一种新型可视化岩心模型及其制作方法，既可以保持真实岩心的形态、孔隙结构及矿物成分及孔隙内表面的物化性质，又能反映出流体在多孔介质中的真实渗流规律的一种可视化微观模型制作方法，由该法制作的模型承压性能好，流速、注液量和注入压力可控性强。

本发明采用的技术方案为：一种新型可视化岩心模型，包括阀门底座和阀门，还包括岩心切片和透明有机玻璃基体；所述透明有机玻璃基体上开有凹槽，凹槽两侧设有引槽，引槽端部设有贯穿孔；所述岩心切片位于凹槽内；所述阀门底座和阀门安装于透明有机玻璃基体上。

进一步地，所述岩心切片的直径为25-38mm，其厚度为1-2mm，岩心切片胶黏于凹槽内。

进一步地，所述透明有机玻璃基体的厚度为2mm-6mm；所述凹槽的直径为25-38mm，其深度为1-2mm；所述引槽的深度为1mm-3mm，其宽度为6mm-10mm；所述贯穿孔的直径为6mm-10mm；透明有机玻璃基体为采用耐高压透明有机玻璃材质制成。

一种新型可视化岩心模型的制作方法，制作方法包括以下步骤：

步骤一、岩心切片，按照国家标准对所选的岩心钻取设计直径圆柱后，进行洗油和润湿性恢复后烘干，气测岩心渗透率，对岩心进行切片，切片厚度约为1mm，用研磨机将岩心上下面磨平，保证岩心与基板的粘接更牢靠；

步骤二、岩心切片粘贴基体设计，在耐高压的透明有机玻璃基体上使用激光雕刻方法雕刻出一个设计直径值和深度的凹槽，凹槽两侧各雕刻一个设计宽度和深度的引槽，引槽的末端各打一个设计直径值的贯穿孔；

步骤三、模型成型，使用亲油粘接剂将岩心切片固定于凹槽中，然后使用石蜡对引槽和贯穿孔进行封堵，并清除透明有机玻璃基体上多余的石蜡，在有机玻璃板四周缠绕聚四氟乙烯胶带后用改性环氧树脂直接对透明有机玻璃基体和岩心切片进行第一次浇筑，待浇筑层固化后，祛除胶带将模型放置于聚四氟垫板上并在距离基体四周1cm处，用橡皮泥筑围栏，随后对透明有机玻璃基体的四周空白区域进行第二次拓宽式浇注，四周浇筑区域高度与基体上方的初次浇筑面齐平，进一步加强模型的承压能力；待环氧树脂固化后对透明有机玻璃基体进行加热至石蜡完全流出，加热温度为50-60℃；上述步骤完成后在透明有机玻璃基体的贯穿孔处安装阀门底座和阀门，对模型进行注水试压，当试水压力为4MPa时，模型能正常注采，极限破坏压力为5.5MPa。

进一步地，所述亲油粘接剂为高黏度长链分子环氧树脂和固化剂的混合物，并通过添加硅油或水性表活剂改变润湿性，可直接用于岩心片与有机玻璃的粘接，粘接强度高且无色透明。

进一步地，所述改性环氧树脂为低黏度短链分子环氧树脂和固化剂的混合物，通过添加硅油或水性表活剂改变润湿性，粘接强度，固化速度，可避免环氧树脂污染岩心。

进一步地，所述岩心为天然岩心或人造岩心。

本发明的有益效果：提供了一种新型可视化岩心模型及其制作方法，既可以保持真实岩心的形态、孔隙结构及矿物成分及孔隙内表面的物化性质，又能反映出流体在多孔介质中的真实渗流规律的一种可视化微观模型制作方法，由该法制作的模型承压性能好，流速、注液量和注入压力可控性强。其主要优点如下：

1、采用本发明制成的可视化岩心微观模型可真实地展现出地层的孔隙结构和物理化学性质，而且具有可视性，可用于油气田提高采收率和渗流机理的研究；

2、为了解决现有技术中粘接岩心操作复杂的问题，本发明提出了采用与岩心润湿性相反的亲油粘接剂用于岩心与基板的粘结，既保证不会污染岩心又操作简单；

3、为了解决现有技术中有机玻璃盖片和有机玻璃载片之间用粘接剂粘接可能不牢靠而导致流体从两有机玻璃片之间的缝隙中窜流的问题，本发明先用改性环氧树脂直接对透明有机玻璃基体和岩心切片进行第一次浇筑，待固化后再对模型及其四周进行第二次拓宽式浇注，进一步地加强模型的承压能力，既操作简单又不会润湿岩心，而且很好的解决了两玻璃板之间粘接不牢靠的问题，模型承压能力明显增强；

4、本发明采用安装底座和阀门的方式，不但有利于很好的控制流速、注液量和注入压力，而且较针头的驱替阻力小，操作起来也会更加方便简单。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中透明有机玻璃基体的结构示意图。

具体实施方式：

实施例一

参照图1和图2，一种新型可视化岩心模型，包括阀门底座和阀门，还包括岩心切片1和透明有机玻璃基体2；所述透明有机玻璃基体2上开有凹槽21，凹槽21两侧设有引槽22，引槽22端部设有贯穿孔23；所述岩心切片1位于凹槽21内；所述阀门底座和阀门安装于透明有机玻璃基体2上；所述岩心切片1的直径为25mm，其厚度为1mm，岩心切片1胶黏于凹槽21内；所述透明有机玻璃基体2的厚度为2mm；所述凹槽21的直径为25mm，其深度为1mm；所述引槽22的深度为1mm，其宽度为6mm；所述贯穿孔23的直径为6mm；透明有机玻璃基体2为采用耐高压透明有机玻璃材质制成。

实施例二

参照图1和图2，一种新型可视化岩心模型，包括阀门底座和阀门，还包括岩心切片1和透明有机玻璃基体2；所述透明有机玻璃基体2上开有凹槽21，凹槽21两侧设有引槽22，引槽22端部设有贯穿孔23；所述岩心切片1位于凹槽21内；所述阀门底座和阀门安装于透明有机玻璃基体2上；所述岩心切片1的直径为32mm，其厚度为1.5mm，岩心切片1胶黏于凹槽21内；所述透明有机玻璃基体2的厚度为3mm；所述凹槽21的直径为32mm，其深度为1.5mm；所述引槽22的深度为1.5mm，其宽度为8mm；所述贯穿孔23的直径为8mm；透明有机玻璃基体2为采用耐高压透明有机玻璃材质制成。

实施例三

参照图1和图2，一种新型可视化岩心模型，包括阀门底座和阀门，还包括岩心切片1和透明有机玻璃基体2；所述透明有机玻璃基体2上开有凹槽21，凹槽21两侧设有引槽22，引槽22端部设有贯穿孔23；所述岩心切片1位于凹槽21内；所述阀门底座和阀门安装于透明有机玻璃基体2上；所述岩心切片1的直径为38mm，其厚度为2mm，岩心切片1胶黏于凹槽21内；所述透明有机玻璃基体2的厚度为6mm；所述凹槽21的直径为38mm，其深度为2mm；所述引槽22的深度为3mm，其宽度为10mm；所述贯穿孔23的直径为10mm；透明有机玻璃基体2为采用耐高压透明有机玻璃材质制成。

实施例四

参照图1和图2，一种新型可视化岩心模型的制作方法，制作方法包括以下步骤：

步骤一、岩心切片，按照国家标准对所选的天然岩心钻取直径为Φ25mm圆柱后，进行洗油和润湿性恢复后烘干，该天然岩心常规气测渗透率为0.03mD，对岩心进行切片，切片厚度约为1mm，用研磨机将岩心上下面磨平，保证岩心与基板的粘接更牢靠；

步骤二、岩心粘贴基体的选择，由于驱替过程中带有压力，而岩心切片位置需要保持不变，所以采用粘接的方式保持固定，加之可视化实验对观测目标清晰度要求高，因此应选择耐高压透明有机玻璃作为粘贴基体，有机玻璃厚度为2mm；

步骤三、岩心切片粘贴基体设计，在耐高压的透明有机玻璃基体2上使用激光雕刻方法雕刻出一个直径为Φ25mm深度为1mm的凹槽21，凹槽21两侧各雕刻一个宽度为6mm深度为1mm的引槽22，引槽22的末端各打一个直径为Φ6mm的贯穿孔23；

步骤四、粘接剂与改性环氧树脂的研制，常规粘接剂与环氧树脂在与岩石切片接触的同时会渗入岩心孔隙，而岩心孔隙却是观测的油气流动通道，在测试岩心润湿性为亲水后，研制了与岩心润湿性相反的亲油粘接剂和改性环氧树脂。该粘接剂和改性环氧树脂粘合性能强，固化速度快，透光性好，不会污染岩心孔隙。

步骤五、模型成型，使用亲油粘接剂将岩心切片1固定于凹槽21中，然后使用石蜡对引槽22和贯穿孔23进行封堵，并清除透明有机玻璃基体2上多余的石蜡，在有机玻璃板四周缠绕2cm宽聚四氟乙烯胶带后用改性环氧树脂直接对透明有机玻璃基体2和岩心切片1进行第一次浇筑，浇筑层厚度为6mm,待浇筑层固化后，祛除胶带将模型放置于聚四氟垫板上并在距离透明有机玻璃基体2四周1cm处用橡皮泥筑起2cm高围栏，随后对透明有机玻璃基体2的四周空白区域进行第二次拓宽式浇注，四周浇筑区域高度与透明有机玻璃基体2上方的初次浇筑面齐平，进一步加强模型的承压能力；待拓宽浇筑区3的环氧树脂固化后对透明有机玻璃基体2进行加热至石蜡完全流出，加热温度为50℃、55℃或60℃；上述步骤完成后在透明有机玻璃基体2的贯穿孔23处安装阀门底座和阀门，对模型进行注水试压，当试水压力为4MPa时，模型能正常注采，极限破坏压力为5.5MPa。所述亲油粘接剂为高黏度长链分子环氧树脂和固化剂的混合物，并通过添加硅油或水性表活剂改变润湿性，可直接用于岩心片与有机玻璃的粘接，粘接强度高且无色透明。所述改性环氧树脂为低黏度短链分子环氧树脂和固化剂的混合物，通过添加硅油或水性表活剂改变润湿性，粘接强度，固化速度，可避免环氧树脂污染岩心。

Claims (5)

1.一种可视化岩心模型的制作方法，其特征在于：制作方法包括以下步骤：

步骤一、岩心切片，对所选的岩心钻取圆柱后，进行洗油和润湿性恢复后烘干，气测岩心渗透率，对岩心进行切片，切片厚度为1mm，用研磨机将岩心上下面磨平；

步骤二、岩心切片粘贴基体设计，在透明有机玻璃基体(2)上使用激光雕刻方法雕刻出凹槽(21)，凹槽(21)两侧各雕刻一个引槽(22)，引槽(22)的末端各打一个贯穿孔(23)；

步骤三、模型成型，使用亲油粘接剂将岩心切片(1)固定于凹槽(21)中，然后使用石蜡对引槽(22)和贯穿孔(23)进行封堵，并清除透明有机玻璃基体(2)上多余的石蜡，在有机玻璃板四周缠绕聚四氟乙烯胶带后用改性环氧树脂直接对透明有机玻璃基体(2)和岩心切片(1)进行第一次浇筑，待浇筑层固化后，祛除胶带将模型放置于聚四氟垫板上并在距离透明有机玻璃基体(2)四周1cm处用橡皮泥筑围栏，随后对透明有机玻璃基体(2)的四周空白区域进行第二次拓宽式浇注；待环氧树脂固化后对透明有机玻璃基体(2)进行加热至石蜡完全流出，加热温度为50-60℃；上述步骤完成后在透明有机玻璃基体(2)的贯穿孔(23)处安装阀门底座和阀门，对模型进行注水试压，当试水压力为4MPa时，模型能正常注采，极限破坏压力为5.5MPa；所述亲油粘接剂为高黏度长链分子环氧树脂和固化剂的混合物，并通过添加硅油或水性表活剂改变润湿性；所述改性环氧树脂为低黏度短链分子环氧树脂和固化剂的混合物，通过添加硅油或水性表活剂改变润湿性。

2.根据权利要求1所述的一种可视化岩心模型的制作方法，其特征在于：所述岩心为天然岩心或人造岩心。

3.一种可视化岩心模型，利用权利要求1所述的可视化岩心模型的制作方法制作而成，其特征在于，包括阀门底座和阀门，其特征在于：还包括岩心切片(1)和透明有机玻璃基体(2)；所述透明有机玻璃基体(2)上开有凹槽(21)，凹槽(21)两侧设有引槽(22)，引槽(22)端部设有贯穿孔(23)；所述岩心切片(1)位于凹槽(21)内；所述阀门底座和阀门安装于透明有机玻璃基体(2)上。

4.根据权利要求3所述的一种可视化岩心模型，其特征在于：所述岩心切片(1)的直径为25-38mm，其厚度为1-2mm，岩心切片(1)胶黏于凹槽(21)内。

5.根据权利要求3所述的一种可视化岩心模型，其特征在于：所述透明有机玻璃基体(2)的厚度为2mm-6mm；所述凹槽(21)的直径为25-38mm，其深度为1-2mm；所述引槽(22)的深度为1mm-3mm，其宽度为6mm-10mm；所述贯穿孔(23)的直径为6mm-10mm。

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