CN108986627A - 一种人造岩心微观可视化模型及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种人造岩心微观可视化模型及其制备方法和应用。该方法为：将高强高透光的树脂胶、氢氧化镁和石英砂搅拌混合均匀，倒入矩形凹槽中通风固化，然后超声酸洗，烘干切割获得人造岩心片；切割有机玻璃基体，并进出口位置处钻贯穿孔；将人造岩心片通过双面胶粘贴于基体的预粘结区域；采用高黏度长链分子环氧树脂与环氧固化剂的混合物对人造岩心片和基体进行浇注；从基体未浇注的底面的贯穿孔处钻穿中部的双面胶，并于基体未浇注的底面钻孔处安装阀门和阀门底座，得到人造岩心微观可视化模型。该模型微观孔喉结构接近真实岩心，具有制备工艺简单、耐压性优越、透光性好、成像清晰等优点；能够应用于多孔介质中流体渗流规律与机理的研究上。

Description

一种人造岩心微观可视化模型及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于油气藏开发技术领域，具体涉及一种人造岩心微观可视化模型及其制备方法和应用。

背景技术

在油气藏开发的过程中，微观可视化实验被广泛应用于研究多孔介质中流体渗流规律与机理。微观可视化模型作为微观实验的载体，对流体微观渗流规律的研究至关重要。目前，针对不同研究目标，学者们提出了各式各样的微观可视化模型，根据材质与制作工艺可主要分为：光刻微观可视化模型、人造岩心可视化模型、微流控芯片可视化模型、天然岩心薄片可视化模型和石英砂充填可视化模型。诸类模型在不同实验研究中表现出了各自的优越性，但综合分析相关模型用途和特点可以发现，真实岩心可视化模型虽然能高度还原岩石孔喉结构但操作工艺麻烦，人造岩心可视化模型虽然制作工艺成熟但其孔喉与实际岩石孔喉还存在着一定差异。因此，能否在实现模型快速制作的基础上尽可能模拟真实岩心渗流通道成为目前关注的热点问题。

发明内容

为解决现有岩心可视化模型与实际岩石孔喉存在显著差异的问题，本发明的目的在于提供一种人造岩心微观可视化模型及其制备方法；该制备方法制备获得的人造岩心微观可视化模型具有与真实岩石相近的孔喉结构，且承压能力强，成像清晰。本发明的目的还在于提供该人造岩心微观可视化模型在多孔介质中流体渗流规律与机理研究上的应用。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

一方面，本发明提供一种人造岩心微观可视化模型的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一，将高强高透光的树脂胶、氢氧化镁和石英砂搅拌混合均匀，倒入矩形凹槽容器中通风固化，固化后的混合物片进行超声酸洗，取出烘干后按照设计尺寸切割获得人造岩心片；

步骤二，按照设计尺寸切割有机玻璃基体，并在设计的进出口位置处钻贯穿孔；

步骤三，将人造岩心片通过双面胶粘贴于有机玻璃基体的预粘结区域；

步骤四，采用高黏度长链分子环氧树脂与环氧固化剂的混合物对人造岩心片和有机玻璃基体进行浇注；

步骤五，从有机玻璃基体未浇注的底面的贯穿孔处钻穿中部的双面胶，并于有机玻璃基体未浇注的底面钻孔处安装阀门和阀门底座，从而制备获得人造岩心微观可视化模型。

上述的方法中，优选地，所述高强高透光树脂胶、所述氢氧化镁和所述石英砂组成的混合物中，以质量百分比计，包括40％-55％的高强高透光树脂胶、20％-30％的氢氧化镁和25％-30％的石英砂。

上述的方法中，优选地，所述高强高透光树脂胶是由中等黏度双酚A型环氧树脂DER336(美国陶氏化学生产)与593型环氧固化剂组成的混合物。

上述的方法中，优选地，所述中等粘度双酚A型环氧树脂DER336与593型环氧固化剂质量比为(5-6)：1。

上述的方法中，优选地，所述氢氧化镁为粉末状，目数为180目-270目。

上述的方法中，所述石英砂目数根据多孔介质孔喉特征进行选择和复配；优选地，所述石英砂的目数为40目-270目。

上述的方法中，优选地，所述有机玻璃基体的材质为聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃。

上述的方法中，优选地，所述有机玻璃基体的厚度为2mm-15mm。

上述的方法中，优选地，所述人造岩心片的厚度为0.5mm-2mm。

上述的方法中，优选地，在步骤四中，采用高黏度长链分子环氧树脂与环氧固化剂的混合物对人造岩心片和有机玻璃基体进行浇注的具体步骤为：

将用双面胶粘结的人造岩心片和有机玻璃基体放置于硅胶板上，所述人造岩心片位于上端，距离有机玻璃基体四周处竖直放置围绕有机玻璃基体的聚四氟板，有机玻璃基体未浇注的底面及聚四氟板的底部均采用双面胶与所述硅胶板相粘结；随后采用高黏度长链分子环氧树脂与环氧固化剂的混合物对人造岩心片和有机玻璃基体进行浇注，浇注完成固化后，拆除有机玻璃基体未浇注的底面的双面胶。

上述的方法中，优选地，在步骤五中，从有机玻璃基体未浇注的底面的贯穿孔处钻穿中部的双面胶，并于有机玻璃基体未浇注的底面钻孔处安装阀门和阀门底座的具体步骤为：

采用微型钻孔器，从有机玻璃基体未浇注的底面的贯穿孔处钻穿中部的双面胶，保证进、出液口直接与人造岩心片接触，最后在有机玻璃基体未浇注的底面钻孔处安装阀门和阀门底座，并对模型进行试压。

上述的方法中，优选地，所述高黏度长链分子环氧树脂与所述环氧固化剂的质量比为(4-6)：1。

上述的方法中，优选地，所述高黏度长链分子环氧树脂为E44型环氧树脂。

上述的方法中，优选地，所述环氧固化剂为593型环氧固化剂。

上述的方法中，优选地，所述双面胶为亚克力透明双面胶。

上述的方法中，优选地，在步骤三中，将人造岩心片通过双面胶粘贴于有机玻璃基体的预粘结区域具体步骤为：

用酒精擦拭有机玻璃基体表面祛除污渍，然后在预粘结区域粘贴亚克力透明双面胶，随后将所述人造岩心片粘贴于所述亚克力透明双面胶上并用木板压平处理。

上述的方法中，优选地，所述人造岩心片的尺寸为：长8cm，宽3.5cm；所述有机玻璃基体的尺寸为：长13cm，宽6cm；所述预粘结区域的尺寸为长9cm，宽4.5cm。

上述的方法中，优选地，在步骤一中，所述人造岩心片具体制备方法为：

将高强高透光的树脂胶、氢氧化镁和石英砂混合，利用聚四氟棒搅拌使氢氧化镁和石英砂均匀混合于树脂胶中，然后将混合物缓慢倒入设计深度的矩形凹槽容器中，待混合物液面与凹槽四边齐平时停止倒入，随后将凹槽容器置于通风处进行固化，固化后的混合物片放入盛放有酸液的器皿中，并置于超声容器中进行超声酸洗，溶解混合物片中的氢氧化镁，取出烘干后按照设计尺寸切割获得人造岩心片。该方法能够得到具有与真实岩石相近孔吼结构的人造岩心片。

上述的方法中，优选地，通风固化的时间为18h-30h。

上述的方法中，优选地，超声酸洗采用的酸为5％浓度的盐酸。

上述的方法中，优选地，所述超声酸洗的时间为2h-4h。

上述的方法中，在超声波震动条件下，混合物片中的氢氧化镁被盐酸腐蚀，能够形成岩心片中孔隙喉道。

另一方面，本发明还提供上述制备方法制备得到的人造岩心微观可视化模型。该模型具有与真实岩石相近的孔喉结构，且承压能力强，成像清晰。

上述的人造岩心微观可视化模型中，优选地，该人造岩心微观可视化模型包括有机玻璃基体、人造岩心片、粘结层、浇注层、阀门底座和阀门；

所述人造岩心片与所述有机玻璃基体通过所述粘结层相粘结；所述人造岩心片采用高强高透光的树脂胶、氢氧化镁和石英砂混合固化并酸洗烘干切割获得的；

所述有机玻璃基体贯穿开设有与所述人造岩心片先连通的进液孔和出液孔；

所述有机玻璃基体未与所述人造岩心片粘结的底面的进液孔和出液孔处分别均安装有阀门和阀门底座；所述人造岩心片及其相粘结的所述有机玻璃基体上通过高黏度长链分子环氧树脂与环氧固化剂的混合物浇注固化上所述浇注层，用于实现所述人造岩心片与所述有机玻璃基体的密封。

再一方面，本发明还提供上述人造岩心微观可视化模型进行油气微观渗流实验时，在多孔介质中流体渗流规律与机理研究上的应用。

本发明的人造岩心微观可视化模型及其制备方法具备以下优点：

(1)与目前现有的可视化模型直接采用填砂模型或具有孔喉结构的人造岩心片、天然岩心片不同，本发明采用酸溶蚀方法产生孔喉结构，孔喉结构可以通过控制氢氧化镁/石英砂/树脂胶混合物比例，产生的多孔结构不仅贴近真实岩心孔喉，而且透光性好，实验过程中能够清晰展示流体分布的变化，更有利于相关流体渗流机理研究；

(2)与目前现有的可视化模型通常设置可视化视窗不同，本发明涉及模型的人造岩心片以及所采用的亚克力透明双面胶透光性都较好，岩心片区域均可直接作为观察区域，无需特殊设置观察视窗；

(3)与目前现有的可视化模型通常通过粘结来实现密封不同，本发明通过高透光树脂胶直接浇筑实现密封，在保证模型成像效果基础上，确保模型具有较高的耐压能力；模型整体制作工艺简单，可重复性强。

(4)本发明的人造岩心微观可视化模型应用于多孔介质中流体渗流规律与机理研究上，其微观孔喉结构接近真实岩心，具有制备工艺简单、耐压性优越、透光性好、成像清晰等优点；将其用于模拟进行气驱水实验，压力为2MPa时模型仍能够正常注采，极限破坏压力可达3MPa。

附图说明

图1为本发明实施例2中人造岩心微观可视化模型结构示意图；

图2为本发明实施例3中岩心抽真空饱和染色地层水进行气驱水实验的结果数据图；

附图符号说明：

1人造岩心片，2有机玻璃基体，31进液孔，32出液孔，4预粘结区域，5聚四氟板。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施提供一种人造岩心微观可视化模型的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一，将高强高透光的树脂胶、氢氧化镁和石英砂搅拌混合均匀，倒入矩形凹槽容器中通风固化，固化后的混合物片进行超声酸洗，取出烘干后按照设计尺寸切割获得人造岩心片；

步骤二，按照设计尺寸切割有机玻璃基体，并在设计的进出口位置处钻贯穿孔；

步骤三，将人造岩心片通过双面胶粘贴于有机玻璃基体的预粘结区域；

步骤四，采用高黏度长链分子环氧树脂与环氧固化剂的混合物对人造岩心片和有机玻璃基体进行浇注；

步骤五，从有机玻璃基体未浇注的底面的贯穿孔处钻穿中部的双面胶，并于有机玻璃基体未浇注的底面钻孔处安装阀门和阀门底座，从而制备获得人造岩心微观可视化模型。

本实施例采用酸溶蚀方法产生孔喉结构，孔喉结构可以通过控制氢氧化镁/石英砂/树脂胶混合物比例，产生的多孔结构不仅贴近真实岩心孔喉，而且透光性好，实验过程中能够清晰展示流体分布的变化，更有利于相关流体渗流机理研究。通过高透光树脂胶直接浇筑实现密封，在保证模型成像效果基础上，确保模型具有较高的耐压能力；模型整体制作工艺简单，可重复性强。

在一优选的实施方式中，所述高强高透光树脂胶、所述氢氧化镁和所述石英砂组成的混合物中，以质量百分比计，包括40％-55％的高强高透光树脂胶、20％-30％的氢氧化镁和25％-30％的石英砂；所述高强高透光树脂胶是由中等黏度双酚A型环氧树脂DER336与593型环氧固化剂组成的混合物；所述中等粘度双酚A型环氧树脂DER336与593型环氧固化剂质量比为(5-6)：1；所述氢氧化镁为粉末状，目数为180目-270目；所述石英砂的目数为40目-270目。

所述有机玻璃基体的材质为聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃；所述有机玻璃基体的厚度为2mm-15mm；所述人造岩心片的厚度为0.5mm-2mm。所述高黏度长链分子环氧树脂与所述环氧固化剂的质量比为(4-6)：1；所述高黏度长链分子环氧树脂为E44型环氧树脂；所述环氧固化剂为593型环氧固化剂。

与目前现有的可视化模型通常设置可视化视窗不同，本发明涉及模型的人造岩心片以及所采用的亚克力透明双面胶透光性都较好，岩心片区域均可直接作为观察区域，无需特殊设置观察视窗；与目前现有的可视化模型通常通过粘结来实现密封不同，本发明通过高透光树脂胶直接浇筑实现密封，在保证模型成像效果基础上，确保模型具有较高的耐压能力；模型整体制作工艺简单，可重复性强。

实施例2

本实施例提供一种具体的人造岩心微观可视化模型(如图1所示)及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：

(1)人造岩心片的制备：

按55％、20％和25％比例混合高强高透光树脂胶(由中等黏度双酚A型环氧树脂DER336与593型环氧固化剂按照质量比为5:1组成的混合物)、270目的氢氧化镁粉末和石英砂(80目占50％、160目占30％、270目占20％)三种物质，用聚四氟棒搅拌混合物，使氢氧化镁和石英砂均匀混合于树脂胶中，然后将混合物缓慢倒入1mm深度的矩形凹槽容器(容器长、宽分别为10cm、5cm)中，待混合物液面与凹槽四边齐平时停止倒入，随后将盛有混合物的凹槽容器放置到通风处固化24小时；待混合物完全固化后，取出矩形混合物片，将其放入盛有浓度5％稀盐酸的烧杯中，烧杯放置于超声波清洗器中，打开超声波清洗器对混合物片进行酸洗2小时溶解混合物片中的氢氧化镁，取出混合物岩心片烘干，按照设计尺寸(长×宽＝8cm×3.5cm)进行切割，得到人造岩心片1，其厚度为1mm。

(2)有机玻璃基体切割与钻孔：

按照实验需求(长×宽＝13cm×6cm)切割聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃获得厚度为3mm的有机玻璃基体2，并在有机玻璃基体上设计进、出液位置处钻贯穿孔(进液孔31和出液孔32)。

(3)人造岩心片粘结：

用酒精擦拭有机玻璃基体2祛除其表面污渍后，在预粘结区域4(长×宽＝9cm×4.5cm)处粘贴亚克力透明双面胶，随后将人造岩心片1粘贴于亚克力透明双面胶上并用木板压平处理。

(4)模型浇注：

进行有机玻璃基体2和人造岩心片1的浇注使其密封，在距有机玻璃基体2四周1cm处竖直放置1.5cm高矩形聚四氟板5(板厚5mm)，聚四氟板5和带人造岩心片1的有机玻璃基体2均放置于硅胶板上，为防止浇注过程中液体从底部漏出，有机玻璃基体2未浇注的底面与聚四氟板5底部均采用亚克力透明双面胶与硅胶板粘结，随后将高黏度E44型环氧树脂与593型环氧固化剂按5:1混合并对人造岩心片1和有机玻璃基体2进行浇注，环氧固化后拆除聚四氟板5及有机玻璃基体2底面的双面胶。

(5)阀门安装：

使用微型钻孔器，从有机玻璃基体2未浇注的底面的贯穿孔处钻穿中部的人造岩心片1与有机玻璃基体2之间的亚克力透明双面胶，保证进、出液口直接与人造岩心片1接触，最后在有机玻璃基体2未浇注的底面钻孔处安装阀门和阀门底座，得到人造岩心微观可视化模型，并对模型进行试压。

该人造岩心微观可视化模型的结构示意图如图1所示，包括有机玻璃基体2、人造岩心片1、粘结层、浇注层、阀门底座和阀门(图中未作显示)；

人造岩心片1与有机玻璃基体2通过粘结层相粘结；人造岩心片1采用高强高透光的树脂胶、氢氧化镁和石英砂混合固化并酸洗烘干切割获得的；有机玻璃基体2贯穿开设有与人造岩心片1先连通的进液孔31和出液孔32；有机玻璃基体2未与人造岩心片1粘结的底面的进液孔31和出液孔32处分别均安装有阀门和阀门底座；人造岩心片1及其相粘结的有机玻璃基体2上通过高黏度长链分子环氧树脂与环氧固化剂的混合物浇注固化上所述浇注层，用于实现人造岩心片1与有机玻璃基体2的密封。

实施例3

本实施提供上述实施例2制备的人造岩心微观可视化模型进行气驱水实验。

将该然早岩心可视化模型的岩心抽真空后饱和染色地层水，随后用0.1mL/min速度开展气驱水实验，实验过程中拍摄相关图片，从图2可以看出，气驱水后，岩心内部气水分布发生明显改变。实验过程中压力在2MPa时模型仍可正常注采，驱替实验结束后，为测试极限破坏压力，关闭采出端继续注气，测得极限破坏压力为3MPa。

本实施例的人造岩心微观可视化模型应用于多孔介质中流体渗流规律与机理研究上，其微观孔喉结构接近真实岩心，具有制备工艺简单、耐压性优越、透光性好、成像清晰等优点；将其用于模拟进行气驱水实验，压力为2MPa时模型仍能够正常注采，极限破坏压力可达3MPa。

Claims (10)

1.一种人造岩心微观可视化模型的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一，将高强高透光的树脂胶、氢氧化镁和石英砂搅拌混合均匀，倒入矩形凹槽容器中通风固化，固化后的混合物片进行超声酸洗，取出烘干后按照设计尺寸切割获得人造岩心片；

步骤二，按照设计尺寸切割有机玻璃基体，并在设计的进出口位置处钻贯穿孔；

步骤三，将人造岩心片通过双面胶粘贴于有机玻璃基体的预粘结区域；

步骤四，采用高黏度长链分子环氧树脂与环氧固化剂的混合物对人造岩心片和有机玻璃基体进行浇注；

步骤五，从有机玻璃基体未浇注的底面的贯穿孔处钻穿中部的双面胶，并于有机玻璃基体未浇注的底面钻孔处安装阀门和阀门底座，从而制备获得人造岩心微观可视化模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述高强高透光树脂胶、所述氢氧化镁和所述石英砂组成的混合物中，以质量百分比计，包括40％-55％的高强高透光树脂胶、20％-30％的氢氧化镁和25％-30％的石英砂；

优选地，所述高强高透光树脂胶是由中等黏度双酚A型环氧树脂DER336与593型环氧固化剂组成的混合物；

优选地，所述中等粘度双酚A型环氧树脂DER336与593型环氧固化剂质量比为(5-6)：1；

优选地，所述氢氧化镁为粉末状，目数为180目-270目；

优选地，所述石英砂的目数为40目-270目。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述有机玻璃基体的材质为聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃；

优选地，所述有机玻璃基体的厚度为2mm-15mm；

优选地，所述人造岩心片的厚度为0.5mm-2mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤四中，采用高黏度长链分子环氧树脂与环氧固化剂的混合物对人造岩心片和有机玻璃基体进行浇注的具体步骤为：

将用双面胶粘结的人造岩心片和有机玻璃基体放置于硅胶板上，所述人造岩心片位于上端，距离有机玻璃基体四周处竖直放置围绕有机玻璃基体的聚四氟板，有机玻璃基体未浇注的底面及聚四氟板的底部均采用双面胶与所述硅胶板相粘结；随后采用高黏度长链分子环氧树脂与环氧固化剂的混合物对人造岩心片和有机玻璃基体进行浇注，浇注完成固化后，拆除有机玻璃基体未浇注的底面的双面胶。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：所述高黏度长链分子环氧树脂与所述环氧固化剂的质量比为(4-6)：1；

优选地，所述高黏度长链分子环氧树脂为E44型环氧树脂；

优选地，所述环氧固化剂为593型环氧固化剂。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤一中，所述人造岩心片具体制备方法为：

将高强高透光的树脂胶、氢氧化镁和石英砂混合，利用聚四氟棒搅拌使氢氧化镁和石英砂均匀混合于树脂胶中，然后将混合物缓慢倒入设计深度的矩形凹槽容器中，待混合物液面与凹槽四边齐平时停止倒入，随后将凹槽容器置于通风处进行固化，固化后的混合物片放入盛放有酸液的器皿中，并置于超声容器中进行超声酸洗，溶解混合物片中的氢氧化镁，取出烘干后按照设计尺寸切割获得人造岩心片；

优选地，通风固化的时间为18h-30h；

优选地，超声酸洗采用的酸为5％浓度的盐酸；

优选地，所述超声酸洗的时间为2h-4h。

7.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：所述双面胶为亚克力透明双面胶；

优选地，在步骤三中，将人造岩心片通过双面胶粘贴于有机玻璃基体的预粘结区域具体步骤为：

用酒精擦拭有机玻璃基体表面祛除污渍，然后在预粘结区域粘贴亚克力透明双面胶，随后将所述人造岩心片粘贴于所述亚克力透明双面胶上并用木板压平处理；

优选地，在步骤五中，从有机玻璃基体未浇注的底面的贯穿孔处钻穿中部的双面胶，并于有机玻璃基体未浇注的底面钻孔处安装阀门和阀门底座的具体步骤为：

采用微型钻孔器，从有机玻璃基体未浇注的底面的贯穿孔处钻穿中部的双面胶，保证进、出液口直接与人造岩心片接触，最后在有机玻璃基体未浇注的底面钻孔处安装阀门和阀门底座，并对模型进行试压。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述人造岩心片的尺寸为：长8cm，宽3.5cm；所述有机玻璃基体的尺寸为：长13cm，宽6cm；所述预粘结区域的尺寸为长9cm，宽4.5cm。

9.权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到的人造岩心微观可视化模型；

优选地，该人造岩心微观可视化模型包括有机玻璃基体、人造岩心片、粘结层、浇注层、阀门底座和阀门；

所述人造岩心片与所述有机玻璃基体通过所述粘结层相粘结；所述人造岩心片采用高强高透光的树脂胶、氢氧化镁和石英砂混合固化并酸洗烘干切割获得的；

所述有机玻璃基体贯穿开设有与所述人造岩心片先连通的进液孔和出液孔；

所述有机玻璃基体未与所述人造岩心片粘结的底面的进液孔和出液孔处分别均安装有阀门和阀门底座；所述人造岩心片及其相粘结的所述有机玻璃基体上通过高黏度长链分子环氧树脂与环氧固化剂的混合物浇注固化上所述浇注层，用于实现所述人造岩心片与所述有机玻璃基体的密封。

10.权利要求9所述人造岩心微观可视化模型进行油气微观渗流实验时，在多孔介质中流体渗流规律与机理研究上的应用。