CN110864944A - 模拟含三元复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油田化学技术领域，具体为模拟含三元复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心制备方法，解决了水泥岩样中裂缝的方向与分布无法控制、裂缝连通性差及难以模拟现场实际的问题。步骤为：1、配置重质水泥浆凝固后破碎成体积适当形状不规则的水泥碎块；2、加热融化凡士林并将水泥碎块浸入凡士林溶液，使凡士林包裹在水泥块表面；3、将处理过的水泥碎块放入模具，向其中注入轻质水泥浆；4、待水泥浆在模具中固化后，再次加热使内部的凡士林融化，凡士林渗出，形成不规则裂缝；5、将模具形成的水泥环裂缝窜槽模型用环氧树脂浇筑，在浇筑模型两端留有接口；本发明可以形成形式各异的水泥环窜槽裂缝，用于实验室内油井水泥环窜槽模拟实验。
Description
技术领域
本发明涉及油田化学技术领域，具体涉及模拟含三元
复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心制备方法。
背景技术
随着油田三元复合驱开发阶段的不断深入，油水井破损现象十分普遍。由于油井套管使用年限过长，固井水泥环出现裂缝或穿孔导致无法完全封固油层套管，致使油井窜漏现象严重，影响了油田进一步开发生产。
为了进行室内实验有效模拟三元复合驱采出液在油井水泥环裂缝中的窜流情况，同时研究堵剂体系对水泥环裂缝的封堵效果，现需要研发一种模拟含三元复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心制备方法。
目前在水泥岩样中制造裂缝的方法主要分为化学方法和物理方法。化学方法主要包括：①利用强酸对岩样进行化学腐蚀，在岩样内外形成孔洞；②利用环境内不均匀的PH值使水泥浆各部分固化速度不同，最终在岩样内部形成裂缝。物理方法主要包括：①将岩样碎块重新放入水泥浆中进行二次浇筑，最终固化后会在岩样内部形成细微裂缝；②在岩样内部放置易熔化或易气化的材料作为填充物，通过加热岩样使内部填充物达到熔沸点，填充物从岩样中流失后在岩样内部形成裂缝；③通过机械器材对岩样施加局部应力，通过机械敲击、切割等方法破坏岩样结构形成裂缝。
其中，化学方法形成的裂缝最接近天然裂缝，但无法控制裂缝的方向与分布，需要对多个岩样进行造缝从中挑选合适的岩样，增加了实验成本。物理方法③虽然实验成本相对较低，但也存在需要重复实验的问题。物理方法①形成的裂缝连通性差，物理方法②形成的裂缝与现场差距较大，很难模拟实际情况。
发明内容
本发明在于克服了水泥岩样中裂缝的方向与分布无法控制、裂缝连通性差及难以模拟现场实际的问题，解决了不能为室内实验提供形状不规则但其它参数可控裂缝的岩样的问题，满足进行室内三元复合驱油水井封堵模拟实验研究需求的模拟含三元复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心制备方法。
本发明具体步骤如下：
a、配制重质水泥浆：根据实验要求，将水泥、重晶石粉末、黏土、石英砂、水按比例均匀混合，得到密度较大的重质水泥浆；
b、制备重质水泥块：准备环柱型模具，将模具内壁打磨光滑且均匀涂抹黄油，并将所得到水泥浆缓慢倒入模具内静置，等待水泥固化；
c、制作重质水泥颗粒：将固化后的环状水泥岩样从模型中取出，用工具均匀敲击岩样将其击碎，并从水泥碎块中挑选出体积为8cm3、形状为不规则块状的水泥颗粒，放入15-20℃水中浸泡清洗待用；
d、在水泥颗粒表面制作凡士林薄层：在烘箱中加热凡士林至其成无色透明液体后取出烘箱，从水中取出浸泡后的水泥碎块放入凡士林液体中，使水泥颗粒表面均匀蘸满凡士林后取出，放入冷箱中迅速冷却，凡士林在水泥颗粒表面冷却凝固，形成紧贴颗粒表面的不规则凡士林薄膜；
e、配制轻质水泥浆：根据实验要求，将水泥、黏土、石英砂、水按比例均匀混合，得到密度较小的轻质水泥浆；
f、制备圆柱型水泥岩心：准备圆柱型模具，将模型内壁打磨光滑且均匀涂抹黄油，将轻质水泥浆注入圆柱型模具中，后将重质水泥颗粒投入圆柱型模具中使其自然下沉，静置等待水泥浆重新固化，整体取出圆柱型水泥岩心；
g、融化凡士林使岩心形成裂缝：将取出岩心放入高温水浴箱中循环水浴，让岩心内部凡士林再次融化从缝隙中顺水流出，凡士林全部流出后取出岩样烘干残留水份；
h、密封岩心：将岩心两底面打磨光滑后贴上堵头，侧面外围浇筑环氧树脂，使岩心整体密封并具有一定的承压能力；
i、将岩心置于三元复合驱环境：通过岩心驱替装置将三元复合驱替液注入岩心，最终得到一种用于模拟含三元复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心。
所述的环柱型模具，环形空间宽度为2-4cm，模具整体长度为30cm。根据实验经验，厚度为2-4cm的水泥圆环易于破碎为体积约为8cm3的不规则水泥块。
所述的圆柱型模具，主体为圆柱型，内径为45mm，长度为300mm的金属模具。
所述的取出岩心放入高温水浴箱中循环水浴，目的为加热凡士林至融化为液态，且具有较好的流动性，循环水浴可以冲洗裂缝中的液态凡士林且不会使岩心脱水干裂。
所述的模拟三元复合驱驱替环境的驱替液各组分浓度范围为：表活剂浓度为0~0.3%、碱浓度为0~1.2%、聚合物浓度为0~0.15%。
本发明具有如下优点：
（1）本发明岩心的制作方法简单，过程安全，成本较低，周期较短，形成裂缝能够人为控制裂缝的基本参数且具有天然的随机走向，与真实的天然裂缝结构更为相近；
（2）本发明形成的岩心承压能力达到3-6MPa以上，能满足大部分室内驱油实验的压力要求；
（3）本发明形成的岩心裂缝宽度可控制在0.5-1mm、1-2mm、2-3mm三个范围内，可以满足不同实验对裂缝宽度的要求，且宽度控制较为精确；
（4）本发明形成的岩心整体不经过高温煅烧，在预定位置生成裂缝的同时，其他位置不会因干裂而产生裂缝影响实验效果。
附图说明：图1是本发明环柱型水泥模具的结构示意图；图2是本发明圆柱型水泥模具的结构示意图；图3是本发明实例提供的含三元复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心示意图。
具体实施方式：模拟含三元复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心制备方法，其具体实施步骤如下：
a、配制重质水泥浆：根据实验要求，将水泥（425#）、重晶石粉末、黏土、石英砂、水按4:1:1:1:2的比例均匀混合，得到密度较大的重质水泥浆；
b、制备重质水泥块：准备环柱型模具（见图1），将模具内壁打磨光滑且均匀涂抹黄油，并将所得到的重质水泥浆缓慢倒入模具内静置，等待水泥固化；
c、制作重质水泥颗粒：将固化后的环状水泥岩样从模型中取出，用工具均匀敲击岩样将其击碎，并从水泥碎块中挑选出体积为8cm3、形状为不规则块状的水泥颗粒，放入15-20℃水中浸泡清洗待用；
d、在水泥颗粒表面制作凡士林薄层：在烘箱中加热凡士林至其成无色透明液体后取出烘箱，从水中取出浸泡后的水泥碎块放入凡士林液体中，使水泥颗粒表面均匀蘸满凡士林后取出，放入冷箱中迅速冷却，凡士林在水泥颗粒表面冷却凝固，形成紧贴颗粒表面的不规则凡士林薄膜；
e、配制轻质水泥浆：根据实验要求，将水泥（427#）、黏土、石英砂、水按4:1:1:1:2的比例均匀混合，得到密度较小的轻质水泥浆；
f、制备圆柱型水泥岩心：准备圆柱型模具（见图2），将模型内壁打磨光滑且均匀涂抹黄油，将轻质水泥浆注入圆柱型模具中，后将重质水泥颗粒投入圆柱型模具中使其自然下沉，静置等待水泥浆重新固化，整体取出圆柱型水泥岩心；
g、融化凡士林使岩心形成裂缝：将取出岩心放入高温水浴箱中循环水浴，让岩心内部凡士林再次融化从缝隙中顺水流出，凡士林全部流出后取出岩心烘干残留水份；
h、密封岩心：将岩心两底面打磨光滑后贴上堵头，侧面外围浇筑环氧树脂，使岩心整体密封并具有一定的承压能力；
i、将岩心置于三元复合驱环境：通过岩心驱替装置将三元复合驱替液注入岩样，最终得到一种用于模拟含三元复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心（见图3）。
Claims (5)
1.模拟含三元复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心
制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
a、配制重质水泥浆：根据实验要求，将水泥、重晶石粉末、黏土、石英砂、水按比例均匀混合，得到密度较大的重质水泥浆；
b、制备重质水泥块：准备环柱型模具，将模具内壁打磨光滑且均匀涂抹黄油，并将所得到水泥浆缓慢倒入模具内静置，等待水泥固化；
c、制作重质水泥颗粒：将固化后的环状水泥岩样从模型中取出，用工具均匀敲击岩样将其击碎，并从水泥碎块中挑选出体积为8cm3、形状为不规则块状的水泥颗粒，放入15-20℃水中浸泡清洗待用；
d、在水泥颗粒表面制作凡士林薄层：在烘箱中加热凡士林至其成无色透明液体后取出烘箱，从水中取出浸泡后的水泥碎块放入凡士林液体中，使水泥颗粒表面均匀蘸满凡士林后取出，放入冷箱中迅速冷却，凡士林在水泥颗粒表面冷却凝固，形成紧贴颗粒表面的不规则凡士林薄膜；
e、配制轻质水泥浆：根据实验要求，将水泥、黏土、石英砂、水按比例均匀混合，得到密度较小的轻质水泥浆；
f、制备圆柱型水泥岩心：准备圆柱型模具，将模型内壁打磨光滑且均匀涂抹黄油，将轻质水泥浆注入圆柱型模具中，后将重质水泥颗粒投入圆柱型模具中使其自然下沉，静置等待水泥浆重新固化，整体取出圆柱型水泥岩心；
g、融化凡士林使岩心形成裂缝：将取出岩心放入高温水浴箱中循环水浴，让岩心内部凡士林再次融化从缝隙中顺水流出，凡士林全部流出后取出岩心烘干残留水份；
h、密封岩心：将岩心两底面打磨光滑后贴上堵头，侧面外围浇筑环氧树脂，使岩心整体密封并具有一定的承压能力；
i、将岩心置于三元复合驱环境：通过岩心驱替装置将三元复合驱替液注入岩心，最终得到一种用于模拟含三元复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心。
2.根据权利要求1所述的模拟含三元复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心制备方法，其特征在于：所述的步骤b中，环柱型模具环形空间宽度为2-4cm，模具整体长度为30cm。根据实验经验，厚度为2-4cm的水泥圆环易于破碎为体积为8cm3的不规则水泥块。
3.根据权利要求1所述的模拟含三元复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心制备方法，其特征在于：所述的步骤f中，模具主体为圆柱型，内径为45mm，长度为300mm的金属模具。
4.根据权利要求1所述的模拟含三元复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心制备方法，其特征在于：所述的步骤g中，采用高温水浴的目的为加热凡士林至融化为液态，且具有较好的流动性，循环水浴可以冲洗裂缝中的液态凡士林且不会使岩心脱水干裂。
5.根据权利要求1所述的模拟含三元复合驱油水井水泥环不规则天然裂缝的人造岩心制备方法，其特征在于：所述的步骤i中，模拟三元复合驱驱替环境的驱替液各组分浓度范围为：表活剂浓度为0~0.3%、碱浓度为0~1.2%、聚合物浓度为0~0.15%。
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