CN109206092B - 相变砂岩储层物理模型材料和相变砂岩储层物理模型及制备方法 - Google Patents

相变砂岩储层物理模型材料和相变砂岩储层物理模型及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于地球物理勘探领域，更具体地，涉及一种相变砂岩储层物理模型材料和相变砂岩储层物理模型及制备方法。该相变砂岩储层物理模型材料包括以下组分：硅酸盐水泥100重量份；石英砂(30目)100‑400重量份；石英砂(60目)100‑300重量份；石英砂(120目)50‑200重量份；水120‑240重量份；减水剂0.5‑2重量份；消泡剂0.2‑1重量份；环氧树脂80‑120重量份；固化剂30‑70重量份；相变石蜡80‑120重量份。本发明的相变砂岩储层模型可以通过控制温度来控制储层内部流体状态；所述砂岩储层模型具有良好的穿透性，能够得到有效的反射信号。

Description

相变砂岩储层物理模型材料和相变砂岩储层物理模型及制备 方法
技术领域
本发明属于地球物理勘探领域，更具体地，涉及一种相变砂岩储层物理模型材料和相变砂岩储层物理模型及制备方法。
背景技术
地震物理模拟是在实验室利用超声波模拟野外地震波，通过超声波换能器激发和接受信号，是研究地震波传播规律的有效手段，在实验室里制作符合实际地质构造或不同储层类型的物理模型，研究地震波在复杂构造及复杂储层中的运动学和动力学特征，制作物理模型的材料必须具备一定的地质特性，现在各大院所及高校中主要使用环氧树脂和硅橡胶合成地震物理模型材料，通过改变环氧树脂与硅橡胶的配比来改变材料声波传播速度。也有一些科研院所通过在环氧树脂材料中加入不同颗粒度的石英砂等颗粒材料来模拟具有空隙结构的储层特性，但这种材料只是近似储层材料，因为其内部不含流体，综上所述，环氧树脂与硅橡胶或石英砂颗粒等复合材料仍有以下两个缺点：
一是环氧树脂和硅橡胶在外加助剂的作用下可以配制出声波传播速度不同的地震物理模拟材料，能够很好地用于地质构造的模拟和研究，但无法模拟具有孔隙结构的储层地质特性。
二是环氧树脂与石英砂等颗粒材料制作的复合材料虽然具有一定的孔隙特性，但流体介质很难渗透进去，无法进行饱和流体实验，无法真正的去模拟研究储层流体特性。
因此，亟需开发一种能够更好的模拟具有孔隙结构的储层地质特性的储层物理模型材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种相变砂岩储层物理模型材料和相变砂岩储层物理模型及制备方法。该模型材料可以在测试时适当增加温度，使模型内部相变材料熔化，从而具有饱含流体的特性，也具有较好的穿透性，能够更好的模拟储层地质特性。
为了实现上述目的，本发明提供一种相变砂岩储层物理模型材料，该相变砂岩储层物理模型材料包括以下组分：
Figure BDA0001343532490000021
优选地，所述减水剂为聚羧酸类减水剂，进一步优选为高效聚羧酸系减水剂PC-8A。
优选地，所述消泡剂为有机硅类消泡剂，进一步优选为有机硅消泡剂PXP。
优选地，所述固化剂为改性胺类固化剂，进一步优选为固化剂2269。
优选地，所述环氧树脂为环氧树脂E-51。
优选地，所述相变石蜡为相变温度在30-40℃的相变石蜡，进一步优选为相变温度在35℃的相变石蜡。
上述优选范围内的组分能够使模型材料更好的模拟储层地质特性。
本发明还提供利用上述的相变砂岩储层物理模型材料制备相变砂岩储层物理模型的方法，该方法包括：将各组分按所述用量混合均匀后压制固化制得所述相变砂岩储层物理模型。
优选地，该方法包括：
(1)将不同目数的石英砂混合；
(2)将硅酸盐水泥与混合好的石英砂混合，得到石英砂混合物；
(3)将减水剂、消泡剂和水混合，得到水混合物；
(4)将水混合物与石英砂混合物混合；
(5)将步骤(4)混合好的材料加入模具压制，结束后取出压制好的砂岩模型，喷水养护，待模型完全固化；
(6)将固化干燥的模型与熔化的相变石蜡放入真空箱内抽真空饱和，使相变石蜡完全填满模型孔隙，冷却使相变材料转化为固态；
(7)将环氧树脂和固化剂混合均匀后抽真空脱泡；将步骤(6)处理后的砂岩模型放入模具中，再将脱泡后的环氧树脂和固化剂灌入模具中，使砂岩模型被环氧树脂完全包裹密封；待环氧树脂完全固化后取出模型，在模型两端打孔插入导管，制得所述相变砂岩储层物理模型。其中，导管用于排除加热后相变石蜡由固态变为液态体积膨胀产生的压力，控制液态石蜡流出或者在一端加压，驱使液态石蜡流出，便于控制砂岩储层内部流体流动。
优选地，步骤(6)还包括：冷却后清除模型表面的相变石蜡，便于后期环氧固封。
优选地，所述压制的压力为50KN-300KN。
根据本发明一种具体实施方式，制备相变砂岩储层物理模型的方法包括以下步骤：
1、材料准备
根据模型设计要求，选择材料配方，按照各组分用量称取硅酸盐水泥、不同目数石英砂、水、减水剂和消泡剂。
2、材料混合
(1)把不同目数的石英砂混合均匀；
(2)把硅酸盐水泥加入混合好的石英砂中一起混合；
(3)把减水剂和消泡剂添加到水中混合均匀；
(4)把水混合物加入到石英砂混合物中，边加边混合。
3、模型压制
(1)模具压制
把混合好的材料加入到20cm*30cm*10cm的不锈钢模具中，把模具放在压力机上，根据模型参数需要选择压力机压制压力，当压力达到要求后保压固化48小时。
(2)脱模养护
48小时候后，拆开模具取出压制好的砂岩模型，定期喷水养护一周时间，等模型完全固化。
4、饱和相变石蜡
(1)把相变石蜡放入烘箱中，50℃加热2小时，使其完全熔化；
(2)把砂岩模型放入烘箱中，50℃加热24小时，使其完全干燥；
(3)把50摄氏度的模型放入50摄氏度的相变石蜡中，一起放入真空箱内抽真空饱和，是相变材料完全填满砂岩模型孔隙，一起冷却到室温，是相变材料转化为固态；
(4)清除砂岩模型表面相变石蜡，便于后期环氧固封。
5、环氧固封
(1)称取一定量的环氧树脂和固化剂混合均匀后抽真空脱泡；
(2)把饱和相变石蜡且表面处理后的砂岩模型放入25cm*35cm*10cm的模具中，把配制好的环氧树脂灌入模具中，使砂岩模型被环氧树脂完全包裹密封起来；
(3)等环氧树脂完全固化后取出模型，在模型两端打孔插入导管，用于排除加热后相变石蜡由固态变为液态体积膨胀产生的压力，控制液态石蜡流出或者在一端加压，驱使液态石蜡流出，便于控制砂岩储层内部流体流动。
本发明还提供根据上述的方法制得的相变砂岩储层物理模型。
本发明使用硅酸盐水泥和不同目数的石英砂进行配比，再添加水和其他助剂，把混合好的材料放入模具内进行压制固化成型，通过改变石英砂的含量和不同目数石英砂的配比，以及改变成型压力参数等来制作出孔隙大小不同和纵横波传播速度不同的砂岩储层材料。克服了现有制模材料致密无孔隙或者有孔隙但无饱和流体的功能。使用该储层材料制作好模型，在模型干燥后，把砂岩模型放入熔化后的相变石蜡中真空饱和，使液体相变石蜡完全填充砂岩模型孔隙，最后冷却后处理模型表面相变石蜡，采用环氧树脂材料把模型固封，并在模型一端打孔，插入一根导流管，防止相变材料在固-液变化时体积膨胀导致模型开裂。
本发明首次尝试了把硅酸盐水泥和石英砂压制成砂岩模型，然后饱和相变石蜡作为储层流体介质，最后使用环氧树脂固封的方式制作相变砂岩储层模型，用于地震物理模拟方面，开发出了新的储层模型材料，并成功运用于储层模型的制作，采用本发明制作的相变砂岩储层物理模型，不仅具有连通的孔隙，而且材料的孔隙度和纵横波速度可以通过改变材料配方和压制压力来控制，达到不同储层模型的参数要求，在环氧树脂固封后，可以通过加热的方式改变储层内部流体状态，达到模拟储层流体的目的。
模型建造时，首先要根据研究目标，确定模拟目的层位的孔隙度、纵横波速度等参数，然后根据地质构造解释设计模型，确定模型的几何相似比和动力学相似比，接着针对储层目的层，选择合适的材料配方和压制压力；配方和压力确定后，根据模型制作步骤制作模型，待模型固化后脱模，脱模后测定该层的模型参数，符合要求后进行相变材料饱和，最后使用环氧树脂固封，一个砂岩储层模型制作完毕后进行物理模拟测试。
本发明可实现的技术效果如下：
1、砂岩储层材料孔隙度在6.5％-25.5％之间可调配；
2、砂岩储层材料的纵波速度在2200m/s-4500m/s之间可调配；
3、砂岩储层材料的横波速度在1050m/s-2130m/s之间可调配；
4、相变砂岩储层模型可以通过控制温度来控制储层内部流体状态；
5、砂岩储层模型具有良好的穿透性，能够得到有效的反射信号。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。
图1为相变砂岩储层模型测试装置的示意图。
图2为相变砂岩储层模型材料纵横波速度图。
图3为砂岩储层模型材料孔隙度图。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
以下为实施例中所用材料及助剂：
Figure BDA0001343532490000061
Figure BDA0001343532490000071
实施例中测试相变砂岩储层模型的装置如图1所示。该测试方法为本领域常规的方法。
实施例1
模拟某地区物理模型第四层：储层目的层模拟孔隙度6.5％速度设计Vp＝4500m/sVs＝2100m/s
Figure BDA0001343532490000072
以上按重量份数计算。
实施例2
某地区物理模型第三层：储层目的层模拟孔隙度15.5％速度设计Vp＝3300m/s Vs＝1600m/s
Figure BDA0001343532490000073
Figure BDA0001343532490000081
以上按重量份数计算。
实施例3
某地区物理模型第三层：储层目的层模拟孔隙度25.5％速度设计Vp＝2200m/s Vs＝1100m/s
Figure BDA0001343532490000082
由上述实施例以及图2和图3可以看出，根据本发明的材料和方法，可以实现纵波速度由2200m/s-4500m/s渐变，横波速度由1050m/s-2130m/s渐变；孔隙度由6.5％-25.5％渐变。并且，砂岩储层模型具有良好的穿透性，能够得到有效的反射信号。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (13)

1.一种相变砂岩储层物理模型材料，其特征在于，该相变砂岩储层物理模型材料包括以下组分：
硅酸盐水泥 100重量份；
30目石英砂 100-400重量份；
60目石英砂 100-300重量份；
120目石英砂 50-200重量份；
水 120-240重量份；
减水剂 0.5-2重量份；
消泡剂 0.2-1重量份；
环氧树脂 80-120重量份；
固化剂 30-70重量份；
相变石蜡 80-120重量份；
制备所述相变砂岩储层物理模型的方法包括：将各组分按所述用量混合均匀后压制固化制得所述相变砂岩储层物理模型，包括，
（1）将不同目数的石英砂混合；
（2）将硅酸盐水泥与混合好的石英砂混合，得到石英砂混合物；
（3）将减水剂、消泡剂和水混合，得到水混合物；
（4）将水混合物与石英砂混合物混合；
（5）将步骤（4）混合好的材料加入模具压制，结束后取出压制好的砂岩模型，喷水养护，待模型完全固化；
（6）将固化干燥的模型与熔化的相变石蜡放入真空箱内抽真空饱和，使相变石蜡完全填满模型孔隙，冷却使相变材料转化为固态；
（7）将环氧树脂和固化剂混合均匀后抽真空脱泡；将步骤（6）处理后的砂岩模型放入模具中，再将脱泡后的环氧树脂和固化剂灌入模具中，使砂岩模型被环氧树脂完全包裹密封；待环氧树脂完全固化后取出模型，在模型两端打孔插入导管，制得所述相变砂岩储层物理模型。
2.根据权利要求1所述的相变砂岩储层物理模型材料，其中，所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
3.根据权利要求1所述的相变砂岩储层物理模型材料，其中，所述消泡剂为有机硅类消泡剂。
4.根据权利要求1所述的相变砂岩储层物理模型材料，其中，所述固化剂为改性胺类固化剂。
5.根据权利要求1所述的相变砂岩储层物理模型材料，其中，所述相变石蜡为相变温度在30-40℃的相变石蜡。
6.根据权利要求1所述的相变砂岩储层物理模型材料，其中，步骤（6）还包括：冷却后清除模型表面的相变石蜡，便于后期环氧固封。
7.根据权利要求1所述的相变砂岩储层物理模型材料，其中，所述压制的压力为50KN-300KN。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的相变砂岩储层物理模型材料制得的相变砂岩储层物理模型。
9.利用权利要求1-7中任意一项所述的相变砂岩储层物理模型材料制备相变砂岩储层物理模型的方法，其特征在于，该方法包括：将各组分按所述用量混合均匀后压制固化制得所述相变砂岩储层物理模型。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，该方法包括：
（1）将不同目数的石英砂混合；
（2）将硅酸盐水泥与混合好的石英砂混合，得到石英砂混合物；
（3）将减水剂、消泡剂和水混合，得到水混合物；
（4）将水混合物与石英砂混合物混合；
（5）将步骤（4）混合好的材料加入模具压制，结束后取出压制好的砂岩模型，喷水养护，待模型完全固化；
（6）将固化干燥的模型与熔化的相变石蜡放入真空箱内抽真空饱和，使相变石蜡完全填满模型孔隙，冷却使相变材料转化为固态；
（7）将环氧树脂和固化剂混合均匀后抽真空脱泡；将步骤（6）处理后的砂岩模型放入模具中，再将脱泡后的环氧树脂和固化剂灌入模具中，使砂岩模型被环氧树脂完全包裹密封；待环氧树脂完全固化后取出模型，在模型两端打孔插入导管，制得所述相变砂岩储层物理模型。
11.根据根据权利要求10所述的方法，其中，步骤（6）还包括：冷却后清除模型表面的相变石蜡，便于后期环氧固封。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述压制的压力为50KN-300KN。
13.根据权利要求9-12中任意一项所述的方法制得的相变砂岩储层物理模型。
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