CN109253910A - 基于3d打印技术制备人造岩心的方法及人造岩心成品 - Google Patents

基于3d打印技术制备人造岩心的方法及人造岩心成品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及人造岩心制备领域，具体涉及一种基于3D打印技术制备人造岩心的方法及人造岩心成品。基于3D打印技术制备人造岩心的方法，该人造岩心制备方法包括：步骤1，建立岩心孔道填充结构三维模型；步骤2，3D打印成型；步骤3，类岩石质材料的填充；步骤4，岩心半成品的销蚀；本发明可以有效对天然岩心进行重复制造，且可提高岩心重复制造效率；可根据特定研究人员设计的岩心孔道填充结构三维模型进行人造岩心的制备，使得岩心内孔隙轨迹及孔道结构进行预先定制，便于岩心流动实验使用。

Description

基于3D打印技术制备人造岩心的方法及人造岩心成品
技术领域
本发明涉及人造岩心制备领域，具体涉及一种基于3D打印技术制备人造岩心的方法及人造岩心成品。
背景技术
在石油勘探开发过程中，油藏可开发程度、三次采油技术评价、原油驱替机理探究等许多科学问题的研究都需要开展岩心流动实验。而对于实际油层天然岩样，存在取心成本高，难以获得代表性成型岩心的限制，天然岩心来源受到限制。国内研究机构进行岩心流动实验大多数采用人造岩心。目前人造岩心技术主要有环氧树脂胶结技术和磷酸盐或硅酸盐高温烧结技术，但是现行人造岩心具有岩心岩石颗粒粒径大小不一的特点，同时孔道的轨迹复杂多变，致使对于特定类型的人造岩心的重复制造性较差，导致驱替实验重复性差，对于不同岩心的流动实验之间可对比性较差。且现有技术中人造岩心的工艺较为复杂，批量生产的效率较低；例如专利申请号为CN201510038315.X的一种具有不同层理角的人造岩心的制作方法。该方法通过控制相邻两次浇筑物料形成的界面作为岩体的层理面，控制相邻两次浇注物料的时间间隔的长短来控制层理面的强度，最后将浇筑好的岩块置于岩心钻取机底座上，通过调节岩心钻取机底座的倾角可钻取含有不同层理角的岩心。该方法通过控制前后浇筑时间间隔形成具有水平层理面的岩块，同一个岩块中可以预制多个水平层理面，相邻层理面之间的间距可以不等。该发明制造人造岩心的方法较为复杂，批量生产的效率较低，且对于特定类型的人造岩心的重复制造性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于3D打印技术制备人造岩心的方法及人造岩心成品，可以有效解决现有人造岩心制备时存在的岩心重复制造性差，岩心重复制造效率低，以及无法对岩心内孔隙轨迹及孔道结构进行预先定制的问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
基于3D打印技术制备人造岩心的方法，该人造岩心制备方法包括：
步骤1，建立岩心孔道填充结构三维模型；
步骤2，3D打印成型：
取可溶性材料通过3D打印机对建立的岩心孔道填充结构三维模型进行3D打印成型，得岩心孔道填充结构实体；
步骤3，类岩石质材料的填充：
向岩心孔道填充结构实体的空隙中填充类岩石质材料后，置于高温高压的环境内，使类岩石质材料作为晶核进行结晶自生长至充满岩心孔道填充结构实体的空隙，得内部形成岩心的岩心半成品；
步骤4，岩心半成品的销蚀：
取内部形成岩心的岩心半成品，置于可将可溶性材料溶解的溶液或气体中，使可溶性材料溶解后，制得人造岩心。
所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，在步骤1中，建立岩心孔道填充结构三维模型时，可通过对已有天然岩心进行切片并扫描获得每层岩样截面图像，然后利用三维重建技术获得与已有岩心相同的模型，最后通过布尔运算获得岩心孔道填充结构的三维模型；或利用三维软件构建岩心孔道填充结构三维模型。
所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，在步骤2中，3D打印成型采用的可溶性材料为可溶树脂。
所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，在步骤2中，3D打印成型采用的3D打印机为光固化3D打印机nanoArch P140。
所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，在步骤3中，类岩石质材料为二氧化硅、石英砂和重晶石粉中的一种。
所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，在步骤4，岩心半成品的销蚀时，用于溶解可溶性材料的溶液为二氯甲烷。
一种利用所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法制备的人造岩心成品。
本发明的有益效果为：本发明的基于3D打印技术制备人造岩心的方法，可以有效对天然岩心进行重复制造，且可提高岩心重复制造效率；可根据特定研究人员设计的岩心孔道填充结构三维模型进行人造岩心的制备，使得岩心内孔隙轨迹及孔道结构进行预先定制，便于岩心流动实验使用。
本发明的优点在于：
本发明利用3D打印机进行岩心孔道填充结构的打印制造，使得岩心孔道填充结构的制造速度快，耗费时间短，结构准度高，进而提高人造岩心的制造效率和生产质量；本发明采用可溶树脂作为岩心孔道填充结构实体打印的基材，采用类岩石质材料作为晶核进行结晶自生长，形成致密内嵌在岩心孔道填充结构实体内部的岩心，再通过二氯甲烷对岩心半成品进行销蚀，实现对人造岩心的制备，工艺流程较短，使得人造岩心易于加工制造。
附图说明
图1为本发明的工艺路线图；
图2为岩心孔道填充结构三维模型的模型示意图；
图3为3D打印成型的岩心孔道填充结构实体的打印件示意图；
图4为内部形成岩心的岩心半成品的示意图；
图5为岩心半成品销蚀后的人造岩心结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-5对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式一：
下面结合附图1-5所示对本发明的方法作进一步说明，基于3D打印技术制备人造岩心的方法，该人造岩心制备方法包括：
步骤1，建立岩心孔道填充结构三维模型；
所述岩心孔道填充结构三维模型的建立包括利用三维软件对岩心孔道填充结构进行三维建模。所述的利用三维软件对岩心孔道填充结构进行三维建模是针对岩心流动实验所需要的岩心孔隙轨迹及孔道结构进行建模，然后对所建立的岩心三维模型进行布尔运算求出所对应的岩心孔道填充结构三维模型；
步骤2，3D打印成型：
取可溶性材料通过3D打印机对建立的岩心孔道填充结构三维模型进行3D打印成型，得岩心孔道填充结构实体；所述的3D打印成型包括利用现有能够打印可溶树脂的3D打印机对上述所建立的岩心孔道填充结构三维模型3D打印成型；
步骤3，类岩石质材料的填充：
向岩心孔道填充结构实体的空隙中填充类岩石质材料后，置于高温高压的环境内，使类岩石质材料作为晶核进行结晶自生长至充满岩心孔道填充结构实体的空隙，得内部形成岩心的岩心半成品；
步骤4，岩心半成品的销蚀：
取内部形成岩心的岩心半成品，置于可将可溶性材料溶解的溶液或气体中，使可溶性材料溶解后，制得人造岩心。
该人造岩心制备方法利用3D打印机进行岩心孔道填充结构的打印制造，使得岩心孔道填充结构的制造速度快，耗费时间短，结构准度高，进而提高人造岩心的制造效率和生产质量；本发明采用可溶树脂作为岩心孔道填充结构实体打印的基材，采用类岩石质材料作为晶核进行结晶自生长，形成致密内嵌在岩心孔道填充结构实体内部的岩心，再通过二氯甲烷对岩心半成品进行销蚀，实现对人造岩心的制备，工艺流程较短，使得人造岩心易于加工制造。
具体实施方式二：
下面结合附图1-5所示对本发明的方法作进一步说明，所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，在步骤1中，建立岩心孔道填充结构三维模型时，可通过对已有天然岩心进行切片并扫描获得每层岩样截面图像，然后利用三维重建技术获得与已有岩心相同的模型，最后通过布尔运算获得岩心孔道填充结构的三维模型；或利用三维软件构建岩心孔道填充结构三维模型。本发明的方法可根据特定研究人员设计的岩心孔道填充结构三维模型进行人造岩心的制备，使得岩心内孔隙轨迹及孔道结构进行预先定制，便于岩心流动实验使用。
具体实施方式三：
下面结合附图1-5所示对本发明的方法作进一步说明，所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，在步骤2中，3D打印成型采用的可溶性材料为可溶树脂。可溶树脂的成本较低，且可塑性较强。所述可溶树脂可采用聚氨酯树脂。
具体实施方式四：
下面结合附图1-5所示对本发明的方法作进一步说明，所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，在步骤2中，3D打印成型采用的3D打印机为光固化3D打印机nanoArchP140。
具体实施方式五：
下面结合附图1-5所示对本发明的方法作进一步说明，所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，在步骤3中，类岩石质材料为二氧化硅、石英砂和重晶石粉中的一种。二氧化硅、石英砂和重晶石粉等类岩石质材料在高温高压的条件下进行自生长直至充满岩心孔道填充结构实体的空隙。
具体实施方式六：
下面结合附图1-5所示对本发明的方法作进一步说明，所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，在步骤4，岩心半成品的销蚀时，用于溶解可溶性材料的溶液为二氯甲烷。二氯甲烷可对可溶树脂进行溶解且不损伤氧化硅、石英砂和重晶石粉等类岩石质材料，从而保证人造岩心的稳定性，在二氯甲烷对可溶树脂进行销蚀后，即可获得可定制孔隙轨迹及孔道结构的人造岩心成品。
具体实施方式七：
下面结合附图1-5所示对本发明的方法作进一步说明，一种利用所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法制备的人造岩心成品。
该人造岩心成品的岩心重复制造效率较高，便于岩心流动实验使用。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于3D打印技术制备人造岩心的方法，其特征在于，该人造岩心制备方法包括：
步骤1，建立岩心孔道填充结构三维模型；
步骤2，3D打印成型：
取可溶性材料通过3D打印机对建立的岩心孔道填充结构三维模型进行3D打印成型，得岩心孔道填充结构实体；
步骤3，类岩石质材料的填充：
向岩心孔道填充结构实体的空隙中填充类岩石质材料后，置于高温高压的环境内，使类岩石质材料作为晶核进行结晶自生长至充满岩心孔道填充结构实体的空隙，得内部形成岩心的岩心半成品；
步骤4，岩心半成品的销蚀：
取内部形成岩心的岩心半成品，置于可将可溶性材料溶解的溶液或气体中，使可溶性材料溶解后，制得人造岩心。
2.根据权利要求1所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，其特征在于，在步骤1中，建立岩心孔道填充结构三维模型时，可通过对已有天然岩心进行切片并扫描获得每层岩样截面图像，然后利用三维重建技术获得与已有岩心相同的模型，最后通过布尔运算获得岩心孔道填充结构的三维模型；或利用三维软件构建岩心孔道填充结构三维模型。
3.根据权利要求1所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，其特征在于，在步骤2中，3D打印成型采用的可溶性材料为可溶树脂。
4.根据权利要求3所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，其特征在于，在步骤2中，3D打印成型采用的3D打印机为光固化3D打印机nanoArch P140。
5.根据权利要求3所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，其特征在于，在步骤3中，类岩石质材料为二氧化硅、石英砂和重晶石粉中的一种。
6.根据权利要求5所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法，其特征在于，在步骤4，岩心半成品的销蚀时，用于溶解可溶性材料的溶液为二氯甲烷。
7.一种利用权利要求1所述基于3D打印技术制备人造岩心的方法制备的人造岩心成品。
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