CN110890010A - 一种裂缝型储层地震物理模型材料及物理模型和制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裂缝型储层地震物理模型材料，包括石英砂、环氧树脂、固化剂和水溶性高分子薄膜。本发明还公开了裂缝型储层地震物理模型的制作方法及制备得到的裂缝型储层地震物理模型。本发明通过在人工砂岩中嵌入水溶性高分子材料的方法构建了裂缝型储层地震物理模型，利用水溶性高分子材料在混合材料中所占比例的不同，可以制备出各方向声波传播速度差异范围在100～500m/s之间的裂缝型储层地震物理模型，与以往裂缝型地震物理模型相比，本发明改进了已用裂缝型地震物理模型技术中的缺陷，可以得到稳定性和相似性都更高的地震物理模型，从而可以得到更加准确的实验数据。

Description

一种裂缝型储层地震物理模型材料及物理模型和制作方法

技术领域

本发明涉及油气勘探地球物理的地震物理模型技术领域，更具体的，涉及一种裂缝型储层地震物理模型材料、裂缝型储层地震物理模型制作方法及物理模型。

背景技术

地震物理模拟的基本原理是在比例因子原则下，在实验室内用相应的材料将实际的地层构造或各种类型的油气储层微缩制作成物理模型，并用超声波测试方法对野外地震勘探方法进行数据采集的一种正演模拟。在进行地震物理模拟的过程中，为了使所得模拟结果的运动学特征与实际地质构造地质体中的地震波运动学特征保持一致，必须使物理模型的尺寸和速度、密度等参数与实际地质构造地质体的尺寸和速度、密度等参数呈一定的比例关系，即地震物理模拟相似性原理。

对于裂缝型储层的物理模拟，现有技术分为三种：一种是在环氧树脂等介质中内嵌低速薄片进行等效裂缝模拟；第二种是在人工砂岩中内嵌金属薄片，然后利用盐酸等溶剂对金属薄片进行化学溶解从而产生裂缝。第三种是在人工砂岩中内嵌高分子材料薄片，然后对人工砂岩进行高温烧制令高分子材料的气化反应产生裂缝，从而构建出裂缝型储层物理模型。

对于第一种方法，魏建新(不同裂缝密度的物理模型研究，《石油物探》2002年04期)在实验室内利用人工灌注控制裂缝密度的方法，研究了裂缝密度和形态对地震波的影响，裂缝模型是用环氧树脂作基质，用面积相同的硅橡胶薄片模拟裂缝。这种方法的缺点在于裂缝模型不具备孔渗性，其物性参数和物理性质与实际裂缝型砂岩相差甚远。

王玲玲(裂缝储层地震物理模拟研究，《石油科学通报》，2017年02期)利用类似的薄片模拟裂缝的方法制作可变参数的小尺寸裂缝带，模拟一定区域内所有裂缝的等效特征，并制作了小裂缝尺度、多种裂缝参数、成比例的裂缝储层地震物理模型。这种方法的缺点在于裂缝模型不具备孔渗性，其物性参数和物理性质与实际裂缝型砂岩相差甚远，仅能实现纵波速度各向异性特征上的相似性。

对于第二种方法，CN201410165542(一种双孔隙物理模型的制作方法及双孔隙物理模型，丁拼搏，2014)公开了一种双孔隙物理模型的制作方法，该双孔隙物理模型的制作方法主要采用石英砂和薄圆金属片模拟多孔隙和裂隙。这种方法的缺点在于溶蚀金属薄片的酸溶液也会与砂岩模型中石英骨架及泥质等成分产生化学反应，从而严重影响到模型的物性参数和稳定性，另外模型内部的金属薄片也很难保证全部溶蚀。

对于第三种方法，丁拼搏(利用含可控裂缝人工岩样研究裂缝密度对各向异性的影响，《地球物理学报》，2015年4月)阐述了一种可控裂缝人工岩样的制作方法，利用在人工砂岩中内嵌高分子材料薄片，然后对人工砂岩进行高温烧制令高分子材料的气化反应产生裂缝，进而研究裂缝密度、长度等参数对各向异性特征的影响。这种方法的缺点是高温烧制会对岩样骨架性质产生影响，这种影响的机理复杂，最终会降低岩样物性参数的准确性。

以往的裂缝型储层物理模型技术，多采用在人工砂岩介质中内嵌金属薄片或高分子薄片，然后利用酸溶液溶蚀或者高温烘烤气化的方式去除薄片产生裂缝，但酸溶液溶蚀和高温烘烤均会对砂岩骨架的物性参数产生一定影响，从而造成不稳定性。

发明内容

针对已有裂缝型储层物理模拟技术的缺陷，我们进行了改进并形成了新的技术方案，最终得到更加真实可靠的裂缝型储层物理模型。

为了进一步提高裂缝型储层模拟的相似性和准确性，利用在人工砂岩中内嵌可溶水高分子材料薄片的方法，可以得到稳定性和相似性都更高的地震物理模型，从而得到更加准确的实验数据用于开展裂缝油气勘探方法研究。

本发明的目的之一为提供一种裂缝型储层地震物理模型材料，所述模型材料包括间隔铺设的人工砂岩和水溶性高分子薄膜，

其中人工砂岩由包含以下组分的原料制备得到，以重量份数计：

石英砂 1000份；

环氧树脂 60～100份；优选为70～80份；

固化剂 5～20份；优选为10～15份；

所述水溶性高分子薄膜为1～10份，优选为3～6份。

所述模型材料中，以1000重量份石英砂计，环氧树脂为60～100份，例如可以为60份、70份、80份、90份、100份以及它们之间的任意值，优选为70～80份；固化剂为5～20份，例如可以为5份、10份、15份、20份以及它们之间的任意值，优选为10～15份；水溶性高分子薄膜为1～10，例如可以为1份、3份、5份、7份、10份以及它们之间的任意值，优选为3～6份。

所述石英砂的粒径范围优选为40～200目，更优选为60～120目。

所述环氧树脂的粘度优选为8000～12000mPas，例如可以为8000mPas、9000mPas、10000mPas、11000mPas、12000mPas以及它们之间的任意值，优选9000mPas。

所述环氧树脂选自本领域常用的环氧树脂，可以用于本发明的环氧树脂的实例包括但不限于以下种类中的一种或多种：E-51型环氧树脂、E-44型环氧树脂、E-31型环氧树脂，优选E-51型环氧树脂。

所述固化剂的作用为与环氧树脂发生化学反应，形成网状立体聚合物，选自本领域常用的固化剂。可以用于本发明的固化剂的实例包括但不限于以下种类中的一种或多种：593固化剂、650型固化剂、T-31固化剂，优选为593固化剂。

本发明中，所述水溶性高分子薄膜由水溶性高分子材料制成，其中水溶性高分子材料是指水溶性树脂或水溶性聚合物，能溶解于水中形成水溶液或分散体系。

优选的，所述水溶性高分子薄膜由选自以下原料中的至少一种制成：聚乙烯醇、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸，优选为聚乙烯醇薄膜，更优选为厚度小于1mm的聚乙烯醇薄膜。

所述水溶性高分子薄膜的厚度优选为0.1～1mm，更优选为0.3mm。

本发明的目的之二为提供一种裂缝型储层地震物理模型的制作方法，通过在人工砂岩中内嵌可溶水高分子材料薄膜的方法，可以得到稳定性和相似性都更高的裂缝型地震物理模型，从而得到更加准确的实验数据用于开展裂缝油气勘探方法研究。

所述裂缝型储层地震物理模型的制作方法，包括以下步骤：

步骤S1、将水溶性高分子薄膜裁剪成细长裂缝状，分成N等份；

步骤S2、将环氧树脂、固化剂和石英砂混合得到人工砂岩原料混合物，分成N+1等份；

步骤S3、在模具中加入1份原料混合物，压平后将1份高分子薄膜均匀铺在原料混合物表面；

步骤S4、重复上述步骤直到材料全部使用完；

步骤S5、将模具置于压机，对填装好的材料进行压制12～36h；

步骤S6、脱模，模型固化24～72h；

步骤S7、模型固化完成后，对模型进行饱水处理24～72h；

步骤S8、待高分子薄膜溶于水后，对模型进行烘干处理24～72h，得到所述裂缝型储层地震物理模型。

根据本发明的优选实施方式，在步骤S1中，裁剪成细长裂缝状，长宽比大于或等于10。

所述N为需要间隔铺设的裂缝份数，N为1～100，优选为10～30。

更优选的，N为19，即将水溶性高分子薄膜分成19等份，相应的，在步骤S2中将原料混合物分成20等份。

根据本发明的优选实施方式，在步骤S2之前，还包括步骤A，将环氧树脂和固化剂进行预热处理，环氧树脂在30-50℃条件下预热1～4h；固化剂在30～40℃条件下预热1～4h。优选地，环氧树脂在50℃条件下预热2h；固化剂在30℃条件下预热1h。本发明中将环氧树脂和固化剂进行预热处理有利于降低环氧树脂和固化剂的粘度，利于其与石英砂的混合。

根据本发明的优选实施方式，在步骤S3中，裂缝状水溶性高分子薄膜的排列方向一致。

根据本发明的优选实施方式，在填充原料混合物之前，模具经过预处理，即预先在模具的内表面涂抹脱模材料，所述脱模材料优选为凡士林或硅橡胶。

根据本发明的优选实施方式，在步骤S5中，压制压强为2MPa～6MPa，更优选为3MPa。

根据本发明的优选实施方式，在步骤S7中，饱水处理是将模型置于水槽中，随后放置于抽真空设备中，进行抽真空饱水，其中初始水温为20～70℃，优选为30～40℃，最优选为40℃。

本发明的目的之三为提供一种上述裂缝型储层地震物理模型的制作方法制得的裂缝型储层地震物理模型。

根据本发明的优选实施方式，所述地震物理模型所采用的尺度比例因子为1:10000，即物理模型的1mm代表实际地质体尺度为10m。

本发明通过在人工砂岩中内嵌可溶水高分子材料薄片的方法，利用水溶性高分子材料在混合材料中所占比例的不同，可以得到稳定性和相似性都更高的地震物理模型，制备得到的裂缝型储层地震物理模型的各方向声波传播速度差异范围在100～500m/s之内，与以往裂缝型地震物理模型相比，本发明改进了已用裂缝型地震物理模型技术中的缺陷，可以得到稳定性和相似性都更高的地震物理模型，从而可以得到更加准确的实验数据。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不受下述实施例限定。

本发明实施例所用的原料信息如下：

环氧树脂：凤凰牌E51环氧树脂，牌号WRS618，产地江苏无锡，粘度为9000mPas。

固化剂：穗欣化工牌593型固化剂，牌号593；产地广州。

石英砂：晶石牌石英砂，产地河北，平均粒径为100目。

水溶性高分子材料：勤丹牌聚乙烯醇薄膜，产地上海，厚度0.2mm。

实施例1

将环氧树脂置于50℃保温箱预热2个小时，593固化剂置于30℃保温箱预热1个小时；

模具预处理：

在模具内壁涂抹硅橡胶，待硅橡胶固化后即完成模具预处理。磨具内腔长度为300mm，内腔宽度为150mm，内腔深度为100mm。

分别取1000重量份石英砂，70重量份环氧树脂，10重量份593型固化剂和3重量份聚乙烯醇薄膜。首先将聚乙烯醇薄膜裁剪成长度10mm，宽度1mm的裂缝状长条，并分成19等份。随后将环氧树脂和固化剂混合均匀后加入石英砂内，再次混合均匀，将混合原材料分成20等份。

将1份石英砂混合原材料置于模具内，用压头压平后铺上1份裁剪好的聚乙烯醇薄膜。裂缝状长条的排列方向要一致。重复此步骤直到所有原材料全部铺设至模具中。

将模具放置在压机上，3MPa压强下加压12h。

将模型脱模，固化48h。待固化完成后进行饱水处理24h，初始水温为40℃，待高分子薄膜溶于水后，对模型进行烘干处理24h，即完成模型制作。

使用超声波透射法对模型进行了三个方向的纵波速度测试，测试结果见表1。

实施例2-7

实施例2-7各步骤与实施例1相同，区别仅在于环氧树脂、固化剂、水溶性高分子材料的用量不同，实施例2-7中各物质的具体用量以及测试结果见表1，环氧树脂、固化剂和石英砂均以重量份表示。波速X代表模型X方向纵波速度，单位为m/s。

具体配比见表1。

表1模型材料配比及性能(用量是以重量份计)

对比例：为未内嵌水溶性高分子材料薄膜制作的地震物理模型材料。配方见表1。

Claims (10)

1.一种裂缝型储层地震物理模型材料，其特征在于所述模型材料包括间隔铺设的人工砂岩和水溶性高分子薄膜，

其中人工砂岩由包含以下组分的原料制备得到，以重量份数计：

石英砂 1000份；

环氧树脂 60～100份；优选为70～80份；

固化剂 5～20份；优选为10～15份；

所述水溶性高分子薄膜为1～10份，优选为3～6份。

2.根据权利要求1所述的裂缝型储层地震物理模型材料，其特征在于：

所述水溶性高分子薄膜由选自以下原料中的至少一种制成：聚乙烯醇、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸。

3.根据权利要求1所述的裂缝型储层地震物理模型材料，其特征在于：

所述石英砂的粒径为40～200目，所述环氧树脂的粘度为8000～12000mPas。

4.一种采用如权利要求1～3之任一项所述的模型材料为原料的裂缝型储层地震物理模型制作方法，其特征在于所述制作方法包括以下步骤：

步骤S1、将水溶性高分子薄膜裁剪成细长裂缝状，分成N等份；

步骤S2、将环氧树脂、固化剂和石英砂混合得到人工砂岩原料混合物，分成N+1等份；

步骤S3、在模具中加入1份原料混合物，压平后将1份高分子薄膜均匀铺在原料混合物表面；

步骤S4、重复上述步骤直到材料全部使用完；

步骤S5、将模具置于压机，对填装好的材料进行压制12～36h；

步骤S6、脱模，模型固化24～72h；

步骤S7、模型固化完成后，对模型进行饱水处理24～72h；

步骤S8、待高分子薄膜溶于水后，对模型进行烘干处理24～72h，得到所述裂缝型储层地震物理模型。

5.根据权利要求4所述的裂缝型储层地震物理模型制作方法，其特征在于：

所述N为需要间隔铺设的裂缝份数，N为1～100，优选为10～30。

6.根据权利要求4所述的裂缝型储层地震物理模型制作方法，其特征在于：

步骤S1中，所述水溶性高分子薄膜裁剪成的细长裂缝的长宽比大于或等于10。

7.根据权利要求4所述的裂缝型储层地震物理模型制作方法，其特征在于：

步骤S2之前，包括步骤A，将环氧树脂在30-50℃条件下预热1～4h；将固化剂在30～40℃条件下预热1～4h。

8.根据权利要求4所述的裂缝型储层地震物理模型制作方法，其特征在于：

步骤S3中，裂缝状水溶性高分子薄膜的排列方向一致。

9.根据权利要求4所述的裂缝型储层地震物理模型制作方法，其特征在于：

步骤S7中，饱水处理是将模型置于水槽中，随后放置于抽真空设备中进行抽真空饱水，其中初始水温为20～70℃，优选为30～40℃。

10.一种根据权利要求4～9之任一项所述的裂缝型储层地震物理模型制作方法得到的裂缝型储层地震物理模型。