CN108801739A - 一种人工物理岩心制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然砂岩的人工物理岩心制作方法，本发明利用石英、水泥、减水剂混合物来模拟天然砂岩岩心的脆性矿物成份；利用黏土材料来模拟天然砂岩岩心的黏土矿物成份。本发明通过调整石英、水泥、减水剂和黏土材料的配比，使得人工物理岩心在力学性质(包括抗压强度、弹性模量和泊松比)、全岩矿物成份和黏土矿物成分上和天然砂岩一致。

Description

一种人工物理岩心制作方法
技术领域
本发明具体涉及一种天然砂岩的人工物理岩心制作方法。
背景技术
非常规油气资源开采中储层岩石水力压裂裂缝扩展问题是目前岩石力学界的热点问题，开展室内水力压裂物理实验是目前研究水压和地应力耦合作用下储层岩石起裂、裂缝扩展和空间展布特征的一种主要手段。然而，利用天然岩心开展水力压裂裂缝扩展研究时带来诸多不便。
首先，岩心的物理力学性质对压裂裂缝的扩展规律有很大的影响，在研究水力压裂裂缝扩展的影响因素时需要多个岩心的实验结果进行比较。然而由于天然岩石的非均质性较强，同一区域采集的天然岩心也难以保证岩心之间的物理力学性质保持一致，难以控制其它因素而突出某一因素对裂缝扩展的影响作用。其次，为了获得较为可靠的实验结果，避免实验数据的离散性，实验中所需的岩心数量较大，而一般钻井取芯价格昂贵，取芯数量难以满足实验的要求。因此，采用相似材料制备人工物理岩心来代替天然岩心成为目前开展储层岩石水力压裂实验的一种常用的方法。然而，目前大部分人工物理砂岩在制备时只考虑了其力学性质与天然砂岩岩心进行匹配，较好地模拟了天然砂岩岩心的脆性。然而在天然储层砂岩中，除了含有脆性矿物成分之外，还有一定的黏土矿物成分，黏土矿物具有明显的塑性。因此，要真实的反映天然储层岩石的物性，必须使人工物理岩心在全岩矿物成份和黏土矿物成分上和天然储层砂岩具有一致性。在人工物理岩心制备时除了考虑力学性质接近，还需要考虑矿物成分上相似，让人工物理岩心具备一定的塑性。
发明内容
针对上述背景技术的问题，本发明旨在提供一种人工物理岩心的制备方法。
为此，本发明采用以下技术方案：一种人工物理岩心制作方法，包括以下步骤，
第一步，将一定比例的石英砂、水泥和黏土材料混合搅拌，得到均匀混合物；
第二步，在上述混合物中缓慢添加一定比例的清水和减水剂并通过搅拌机搅拌获得均质黏土水泥砂浆；
第三步，将上述黏土水泥砂浆筑入模具中进行浇注模型。
第四步，开启振动台，把浇注好的模具在振动台上振动，使黏土水泥砂浆内的气体充分排出；
第五步，将振动好的模具放入养护箱，使得黏土水泥砂浆初步凝固，并达到一定强度，拆去模具，得到成型的人工岩样模型。
作为对上述技术方案的补充和完善，本发明还包括以下技术特征。
第三步中，所述的模具在浇注之前在模具内壁涂上一层均匀薄壁脱模剂，从而方便人工岩样模型的脱模。
本发明可以达到以下有益效果：1、本发明通过调整石英、水泥、减水剂和黏土材料的配比，使得人工物理岩心在力学性质(包括抗压强度、弹性模量和泊松比)、全岩矿物成份和黏土矿物成分上和天然砂岩一致，从而可以控制其它因素而突出某一因素对裂缝扩展的影响作用。2、通过本发明制作的物理岩心，相对于现有的钻井取芯的方法成本较低，而且本发明本发明制作的物理岩心可以很好的体现岩石的塑性，能代替天然岩心，以便开展水力压裂裂缝扩展研究。
附图说明
图1为本发明的制作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
实施例(以含黏土矿物15％含量的天然砂岩为例)：如图1所示，
1)选取埋深为3916.85m-3917.51m的天然砂岩岩心，制备成直径为50mm、高为100mm的圆柱体，测量其力学性质、全岩矿物成分和黏土矿物成分，结果如表1、表2和表3所示。
2)以该天然砂岩岩心为依据制作人工物理岩心。
3)先称重石英砂15g、水泥414g、黏土材料136g，在小型搅拌机中搅拌30s，使材料均匀混合。
4)称取清水255g放置烧杯中，加入1％的减水剂，混合。
5)清理模具，并在模具内表面涂上适当的脱模剂。
6)打开搅拌机电源，在搅拌机搅拌之前，先倒进烧杯中适量的清水，以防搅拌中混合料溅出；启动搅拌机，同时导入清水搅拌，匀速搅拌获得适当黏聚性、均质性的浆体为止。
7)将浆体倒进边长为100mm的立方体模具中，放在振动台上振动，排出浆体中的气体。振动停止后，用保鲜膜覆盖在模具上面，防止模具内浆体水分蒸发。
8)浆体在模具中静放24小时后，初凝成型。拆除模具得到成型的岩样。
9)将制作好的模具放在湿度为85％，温度为20度的保温箱内养护28天，砂岩人工物理岩心即可成型。
10)通过实验测试人工物理岩心的力学性质、全岩矿物成分和黏土矿物成分，结果见表4、表5和表6。
11)人工物理岩心的力学性质、全岩矿物成分和黏土矿物成分和天然砂岩的相比，具有很好的一致性。
表1天然砂岩力学性质
弹性模量 泊松比 抗压强度
20.25GPa 0.15 22.59MPa
表2天然砂岩岩心全岩矿物成分X-射线衍射分析报告
表3黏土矿物X-射线衍射分析报告(天然砂岩岩心)
表4全岩矿物成分X-射线衍射分析报告(人工物理岩心)
表5黏土矿物X-射线衍射分析报告(二)(人工物理岩心)
表6砂岩人工物理岩心力学性质
弹性模量 泊松比 抗压强度
23.3GPa 0.16 21.76MPa
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种人工物理岩心制作方法，其特征在于：所述的人工物理岩心制作方法包括以下步骤，
第一步，将一定比例的石英砂、水泥和黏土材料混合搅拌，得到均匀混合物；
第二步，在上述混合物中缓慢添加一定比例的清水和减水剂并通过搅拌机搅拌获得均质黏土水泥砂浆；
第三步，将上述黏土水泥砂浆筑入模具中进行浇注模型。
第四步，开启振动台，把浇注好的模具在振动台上振动，使黏土水泥砂浆内的气体充分排出；
第五步，将振动好的模具放入养护箱，使得黏土水泥砂浆初步凝固，并达到一定强度，拆去模具，得到成型的人工岩样模型。
2.根据权利要求1所述的一种人工物理岩心制作方法，其特征在于：第三步中，所述的模具在浇注之前在模具内壁涂上一层均匀薄壁脱模剂，从而方便人工岩样模型的脱模。
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