CN110940688A - 页岩人工岩心制备方法及页岩人工岩心 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种页岩人工岩心制备方法及页岩人工岩心，涉及岩石物理研究技术领域，用于提供一种能够代替真实的页岩岩心样品以降低科研成本的方法。在难以获得适合于特定测试或研究目的的天然岩心情况下，本发明采用天然材料和人工材料替代矿物质组分的方式制备出矿物组分相对简单并可控的岩心样品，为岩石物理研究提供合适的研究对象，一定程度上减少了对页岩样品的需求，降低了科研成本。
Description
技术领域
本发明涉及岩石物理研究技术领域，特别地涉及一种页岩人工岩心制备方法及页岩人工岩心。
背景技术
油藏岩石和流体的物性参数是油田开发和油藏工程研究的重要基础数据，是编制油气田开发方案和计算储量、研究储层性质、进行油层对比、分析油田动态的重要依据。岩石物理实验是获取这些岩石、流体以及流体与岩石共同作用的物性参数的主要手段，而岩石物理实验通常需要特定形状和规格的岩心样品。
但是真实的页岩样品的取芯过程十分困难，并且岩心在加工过程中极易破碎，而造成岩心样品制取失败。由于页岩岩心通常采自地下3000以上深度，因此页岩样品十分宝贵，若制取岩心样品的失败率较高则会造成真实的页岩样品成本较高。
发明内容
本发明提供一种页岩人工岩心制备方法及页岩人工岩心，用于提供一种能够代替真实的页岩岩心样品以降低科研成本的方法。
本发明提供一种页岩人工岩心制备方法，包括以下步骤：
步骤S10：获得研究区真实页岩岩心的孔隙度以及主要矿物质组分和其含量；
步骤S20：确定每种矿物质组分的替代物，根据主要矿物质含量将所述矿物组分的替代物按比例进行混合，并加入胶黏剂后形成混合物；
步骤S30：对所述混合物加载压力，若所述混合物的孔隙度与真实页岩岩心的孔隙度相同，则停止加载压力并获得页岩人工岩心。
在一个实施方式中，步骤S20中，所述矿物组分的替代物包括：单矿物颗粒以及与所述矿物组分的物理性质相同或相近的材料。
在一个实施方式中，所述矿物组分的替代物的含量与所述主要矿物质组分中被替代的组分的含量之间的误差小于5％。
在一个实施方式中，步骤S10包括以下子步骤：
步骤S11：获取研究区真实的页岩样品；
步骤S12：在所述真实的页岩样品中钻取岩心样品；
步骤S13：采用气体孔隙度测量方法测量获得所述岩心样品的孔隙率；
步骤S14：采用X射线衍射方法获得所述岩心样品的主要矿物质组分和其含量。
在一个实施方式中，步骤S30包括以下子步骤：
步骤S31：将所述混合物放入岩心制备模具中；
步骤S32：对所述混合物进行加载压力，并监测所述混合物的孔隙度；
步骤S33：若所述所述混合物的孔隙度未达到真实页岩岩心的孔隙度，则重复步骤S32；若孔隙度与真实页岩岩心的孔隙度相同，则停止加载压力并获得所述页岩人工岩心。
在一个实施方式中，步骤S33中，停止加载压力后，将所述混合物继续存放在岩心制备模具中至少保持48h以上再将其取出。
在一个实施方式中，步骤S32中，采用CT扫描重构岩心三维图像的方法，对所述混合物进行CT扫描，并获得所述混合物的孔隙度。
在一个实施方式中，步骤S20中，所述胶黏剂为环氧树脂胶。
本发明还提供一种页岩人工岩心，采用上述的页岩人工岩心制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在难以获得适合于特定测试或研究目的的天然岩心情况下，采用天然材料和人工材料替代矿物质组分的方式制备出矿物组分相对简单并可控的岩心样品，为岩石物理研究提供合适的研究对象，一定程度上减少了对页岩样品的需求，降低了科研成本。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
图1是本发明的实施例中的页岩人工岩心制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，根据本发明的第一个方面，提供一种页岩人工岩心制备方法，其包括以下步骤：
第一步，获得研究区真实页岩岩心的孔隙度以及主要矿物质组分和其含量。
具体来说，首先获取研究区真实的页岩样品。
其次，在真实的页岩样品中钻取岩心样品，并采用气体孔隙度测量方法(或采用气体孔隙度测量仪，如AP608覆压孔渗透仪)测量获得岩心样品的孔隙率；
最后，对实的页岩样品进行矿物鉴定。矿物鉴定是指根据矿物的外形、矿物的光学性质、矿物的力学性质等来通过肉眼或仪器对矿物进行甄别。一般鉴定分两个步骤，第一步是地质工作者根据矿物的外形和物理性质进行肉眼鉴定；第二步是在室内运用一定的仪器和药品进行分析和鉴定。有偏光显微镜鉴定法、化学分析法、X射线分析法、差热分析法等等。这些方法中，X射线分析法在矿物组分含量的鉴定上相对准确。
在本发明中，将取到的岩心样品进行粉碎(一般需要粉碎至600目以上)，并对粉碎后的岩心样品采用X射线衍射方法获得岩心样品的主要矿物质组分和其含量。
其中，获得主要矿物质组分是为了找到这些组分的替代物，获得其含量是为了以与其含量相同的比例将上述的替代物进行混合。
需要说明的是，本发明所述的主要矿物质组分包括但不限于石英、粘土、方解石、长石、黄铁矿和有机质。
第二步，确定每种矿物质组分的替代物，根据主要矿物质含量将所述矿物组分的替代物按比例进行混合，并加入胶黏剂后形成混合物。
其中，矿物组分的替代物包括：单矿物颗粒(即天然材料)以及与矿物组分的物理性质相同或相近的材料(即人工材料)。即确定每种矿物质组分的替代物按照如下的规则：对真实的页岩样品中的每种矿物质组分而言，对于那些在实际操作中能够找到已知的单矿物颗粒的组分，则采用这些单矿物颗粒来替代相应的矿物质组分；对于那些在实际操作中不能够找到已知的单矿物颗粒的组分，则采用物理性质相同或相近的材料进行替代。
其中，物理性质相同或相近主要指密度相同或者相近(这里所说的相近是指，替代材料与真实的矿物质组分之间的密度差不超过规定范围，例如1％)。
另外，上述矿物组分的替代物之间的混合比例是依照真实的矿物质含量，但是在混合的过程中，允许存在一定的误差。例如，矿物组分的替代物的含量mi与主要矿物质组分中被替代的组分的含量ni之间的误差w小于5％。
其中，w满足以下定义式：
其中，mi为第i种矿物组分的替代物的重量百分比；
ni为被替代的第i种矿物组分的重量百分比；
i为自然数。
进一步地，胶黏剂为环氧树脂胶。例如石英砂环氧树脂胶。石英砂环氧树脂胶结模型稳定性较高，并且更加适合用于制备双相介质岩心模型。不同颗粒堆积系统中的石英砂尅了尺寸分布在人造岩心的制备工艺起着重要的作用，堆积颗粒系统不仅影响着人造岩心的性质，如孔隙度、密度、强度等，而且许多工艺性质也取决于颗粒尺寸分布，如流体的渗透速度、孔隙连通性等。
第三步，对混合物加载压力，若混合物的孔隙度与真实页岩岩心的孔隙度相同，则停止加载压力并获得页岩人工岩心。
具体来说，首先，将混合物放入岩心制备模具中。
其次，对混合物进行加载压力，并监测混合物的孔隙度。在此过程中，采用 CT扫描重构岩心三维图像的方法，对混合物进行CT扫描，并获得混合物的孔隙度。
最后，若混合物的孔隙度未达到真实页岩岩心的孔隙度，则重复步骤S32；若孔隙度与真实页岩岩心的孔隙度相同，则停止加载压力并获得页岩人工岩心。
其中，停止加载压力后，将混合物继续存放在岩心制备模具中至少保持48h 以上，待混合物完全固化后再将其取出。
根据本发明的第二个方面，提供一种页岩人工岩心，采用上述的页岩人工岩心制备方法制备得到。
下面以四川盆地东北区的页岩为例，对本发明进行具体的说明。
首先，获得四川盆地东北区真实的页岩样品。取其中200克样品，粉碎至600 目，通过气体孔隙度测量仪，测量获得岩心样品的孔隙率为
通过X射线衍射鉴定出真实的页岩样品中的主要矿物组分与含量，如表1所示。
表1主要矿物组分与含量
| 矿物组分 | 石英 | 粘土 | 方解石 | 长石 | 黄铁矿 | 有机质 |
| 含量(％) | 37.3 | 42.6 | 8.6 | 3.2 | 4.2 | 4.1 |
其次，找到上述矿物组分的替代物。其中，用石英砂颗粒替代石英、用高岭土粉末替代粘土、用方解石颗粒替代方解石、用黄铁矿颗粒替代黄铁矿以及用活性炭替代有机质，由于页岩中长石的含量极少，可以忽略。上述替代物的总量为 200克，按照表2中所示的比例(重量比例)进行混合。
表2替代物以及其含量
| 材料 | 石英砂 | 高岭土 | 方解石颗粒 | 黄铁矿颗粒 | 活性炭 |
| 比例(％) | 40 | 40 | 10 | 4 | 6 |
| 误差w(％) | 0.072 | 0.06 | 0.16 | 0.05 | 0.32 |
并在上述混合物中加入20g环氧树脂作为粘合剂搅拌均匀。
最后，将上述混合物导入人工岩心制备模具，对模具中的混合材料加载5MPa 的压力并静置15分钟后，对上述混合物进行X射线XT扫描。将得到的X射线扫描图像进行三维重构，得到模具中混合物的三维图像，基于三维图像计算出孔隙度，如果孔隙度未达到岩心样品的孔隙率
则重复加载压力；如孔隙度达到岩心样品的孔隙率
则将混合物继续静置于模具中并保持48小时，随后取出彻底胶结的页岩人工岩心，并按照需要的长度对已成型的人工岩心进行分割。
综上所述，由于在页岩岩石物理性质的研究中需要用到大量的页岩岩心样品进行实验，而页岩的岩心样品又难以加工；并且真实岩心的组分复杂，不利于分析单一因素对岩石物理性质的影响，因此本发明通过采用采用人工合成的方法来制作岩心样品，为岩石物理研究提供合适的研究对象，一定程度上减少了对页岩样品的需求，降低了科研成本。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (9)
1.一种页岩人工岩心制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10：获得研究区真实页岩岩心的孔隙度以及主要矿物质组分和其含量；
步骤S20：确定每种矿物质组分的替代物，根据主要矿物质含量将所述矿物组分的替代物按比例进行混合，并加入胶黏剂后形成混合物；
步骤S30：对所述混合物加载压力，若所述混合物的孔隙度与真实页岩岩心的孔隙度相同，则停止加载压力并获得页岩人工岩心。
2.根据权利要求1所述的页岩人工岩心制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述矿物组分的替代物包括：单矿物颗粒以及与所述矿物组分的物理性质相同或相近的材料。
3.根据权利要求2所述的页岩人工岩心制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述矿物组分的替代物的含量与所述主要矿物质组分中被替代的组分的含量之间的误差小于5％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的页岩人工岩心制备方法，其特征在于，步骤S10包括以下子步骤：
步骤S11：获取研究区真实的页岩样品；
步骤S12：在所述真实的页岩样品中钻取岩心样品；
步骤S13：采用气体孔隙度测量方法测量获得所述岩心样品的孔隙率；
步骤S14：采用X射线衍射方法获得所述岩心样品的主要矿物质组分和其含量。
5.根据权利要求1或2所述的页岩人工岩心制备方法，其特征在于，步骤S30包括以下子步骤：
步骤S31：将所述混合物放入岩心制备模具中；
步骤S32：对所述混合物进行加载压力，并监测所述混合物的孔隙度；
步骤S33：若所述所述混合物的孔隙度未达到真实页岩岩心的孔隙度，则重复步骤S32；若孔隙度与真实页岩岩心的孔隙度相同，则停止加载压力并获得所述页岩人工岩心。
6.根据权利要求5所述的页岩人工岩心制备方法，其特征在于，步骤S33中，停止加载压力后，将所述混合物继续存放在岩心制备模具中至少保持48h以上再将其取出。
7.根据权利要求6所述的页岩人工岩心制备方法，其特征在于，步骤S32中，采用CT扫描重构岩心三维图像的方法，对所述混合物进行CT扫描，并获得所述混合物的孔隙度。
8.根据权利要求1或2所述的页岩人工岩心制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述胶黏剂为环氧树脂胶。
9.一种页岩人工岩心，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的页岩人工岩心制备方法制备得到。
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