CN111175108B - 超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法，在天然岩心的对应预设位置安置电极及压力测试点，电极孔与压力测试孔在岩心端面投影夹角为90°，且每对电极间距离、插入岩心深度，电极对间距、个数以及压力测试点间距、个数实现精准安置；岩心端盖与压力测试点端盖均设计有连通密封密封槽，电极进行弯曲处理，极大的加强了浇筑岩心密封性与抗压强度；压力测试点端盖通过端盖中心孔沿着辅助圆柱下扣在天然长岩心柱表面，使压力测试点端盖与岩心表面紧密结合，压力测试孔与端盖中心孔完美重合。本发明实验过程中，抗压强度可以达到7MPa左右，同时无漏油现象发生，极大地增加了超低渗岩心驱替实验的可行性。

Description

超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法

技术领域：

本发明涉及的是天然岩心制备工艺领域，具体涉及的是超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法。

背景技术：

石油科研领域中天然岩心的应用非常广泛，但有关带电极及压力测试点的浇筑天然岩心却没有一种明确及实用的制备方法。在石油开发研究的驱替实验中，超低渗天然岩心直接应用到实验中的情况很少，很重要的原因在于超低渗岩心驱替压力过高，对工艺的密封性以及抗压强度要求过高，目前为止还没有一整套制备工艺可以在同时进行水驱前缘电阻率测试和压力测试的同时保证其密封性以及高抗压性。虽然有的时候可以适当采用人造岩心来进行相似实验，但是在岩心水驱前缘及压力梯度测试等实验中，人造岩心因受到内部结构、制备材料等因素限制，在实验结果准确性及可靠性方面与直接采用天然岩心相比具有很大差异性。

发明内容：

本发明的一个目的是提供超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法，这种超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法用于提高岩心驱替实验准确度及完善天然岩心制备工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法包括如下步骤：

（1）岩心柱钻取与粘接，制作多个直径25mm的天然小岩心柱，将不同长度天然小岩心柱粘接成实验要求长度的天然长岩心柱；

（2）设计加工天然岩心电极孔与压力测试孔，各电极孔直径相等，各电极对中两个电极孔间距相等，相邻两个电极对间距离相等，各电极孔钻取深度相等；各压力测试孔直径相等，深度相等，相邻两个测试孔间距相等；电极孔与压力测试孔在岩心端面投影夹角为90°，在天然长岩心柱进行精准加工各电极孔与各压力测试孔；

（3）制作电极，电极为铜质合金电极；

（4）电极安置，在天然长岩心柱的电极孔内填入预先配置好的均匀胶砂混合物，配置的胶砂混合物渗透率以天然岩心渗透率为基准，轻微压实至与岩心表面齐平，插入电极，再次压实至电极稳固，将插好电极的天然长岩心柱放入45℃恒温箱存放12小时，待胶砂混合物彻底凝固；

（5）设计加工压力测试点端盖，压力测试点端盖由上长方体和下长方体一体构成，上长方体居中设置于下长方体上，上长方体小，下长方体大，螺纹孔、端盖中心孔、圆孔依次同轴贯通上长方体、下长方体，且位于上长方体、下长方体的中心，螺纹孔位于上长方体一端；下长方体上表面设置连通密封槽环，连通密封槽环绕在上长方体外，下长方体下表面也设置连通密封槽环；下长方体下表面沿与边线平行的中心线铣出一个弧形槽，弧形槽与天然长岩心柱相匹配，以确保与天然长岩心柱侧曲面严丝合缝，压力测试点端盖采用铝质合金加工制成；

（6）布置压力测试点端盖，在天然长岩心柱压力测试孔插入一根的辅助圆柱，在制作好的压力测试点端盖弧形面涂刷配置好的环氧树脂胶，压力测试点端盖通过端盖中心孔沿着辅助圆柱下扣在天然长岩心柱表面，确保其与岩心表面紧密结合，全部压力测试点端盖放置好后，静置12小时待环氧树脂胶彻底凝固，抽出辅助圆柱，确保压力测试孔与端盖中心孔完美结合；

（7）设计制作岩心端盖，岩心端盖由上长方体和下长方体一体构成，上长方体居中设置于下长方体上，上长方体小，下长方体大，螺纹孔、端盖中心孔、圆孔依次同轴贯通上长方体、下长方体，且位于上长方体、下长方体的中心，螺纹孔位于上长方体一端；下长方体上表面设置连通密封槽环，连通密封槽环绕在上长方体外，下长方体下表面也设置连通密封槽环，下长方体下表面圆形凹槽，圆孔与圆形凹槽相通且同轴；岩心端盖采用铝质合金加工制成；

（8）岩心端盖粘接，岩心端盖为两个，分别在端盖圆形凹槽表面涂刷配置好的环氧树脂胶，天然长岩心柱两端面外圈也涂刷配置好的环氧树脂胶，将岩心端盖分别对正粘接在天然长岩心柱两端，静置12小时待环氧树脂胶彻底凝固；

（9）电极处理，将各电极弯曲使其与压力测试点端盖垂直并且在同一方向；

（10）岩心浇筑，在步骤（9）制备好的天然长岩心柱表面涂刷薄薄的一层环氧树脂胶，静置12小时待其彻底凝固，一共涂刷两次，之后将天然长岩心柱以压力测试点朝上的方式放入浇筑模具中，天然长岩心柱两端以专用不粘胶塑料板以及橡皮泥密封，倒入配置好的环氧树脂胶，静置18小时待其彻底凝固。

上述方案步骤（2）中电极孔直径为3mm，每个电极对中两个电极孔间距为4mm，相邻两个电极对间距离为25mm，电极孔钻取深度为20mm；压力测试孔直径为3mm，深度为1.25mm，相邻两个测试孔间距为100mm，在数控加工中心输入设计好的Solidworks文件进行精准加工。

上述方案步骤（3）中电极直径1-1.2mm，长100mm。

上述方案步骤（5）中上长方体长、宽高分别为25mm、25mm、10mm，下长方体长、宽高分别为45 mm、45 mm、10mm，端盖中心孔直径为3mm，螺纹孔直径为8mm、深度为10mm，下长方体上表面的连通密封槽距四周外边线4mm，宽为3mm，深度2mm；下长方体下表面的连通密封槽距四周外边线3mm，宽为3mm，深度5mm，圆孔直径为10mm，深度为5mm，弧形槽直径为25mm，深度为2.5mm。

上述方案步骤（6）中辅助圆柱高出岩心表面30mm左右，直径为3mm。

上述方案步骤（7）中岩心端盖的圆形凹槽进行喷砂粗糙化处理，圆形凹槽直径为25.5mm，深度为2.5mm。

上述方案中步骤（10）中浇筑用的环氧树脂胶在浇筑前放入45℃恒温箱中进行加温处理，可以使胶加速固化，同时增加浇筑后岩心的通透性，浇筑时，采用少量多次浇筑，避免大量胶同时固化的不易控制性。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用了新工艺，岩心端盖与压力测试点端盖均设计有连通密封密封槽，电极进行弯曲处理，极大的加强了浇筑岩心密封性与抗压强度，实验过程中，抗压强度可以达到7MPa左右，同时无漏油现象发生，极大地增加了超低渗岩心驱替实验的可行性。

2、该浇筑天然岩心同时具备电阻率测试点，压力测试点，用途广泛，可根据实验条件灵活选择，适用性强。

3、制备模具的材料极为常见，来源广泛，同时材料不易变形，可在多种环境条件下使用，且可以长时间重复使用，具有极大的便利性。

附图说明：

图1 本发明中压力测试孔与电极孔示意图

图2 本发明中电极安置示意图

图3 本发明中压力测试点端盖示意图

图4 本发明中压力测试点端盖示意图

图5 本发明中压力测试点端盖粘接示意图

图6 本发明中岩心端盖示意图

图7 本发明中岩心端盖粘接示意图

图8 本发明中电极弯曲处理示意图

图9 本发明中岩心浇筑示意图。

图中：1天然长岩心柱、2电极孔、3压力测试孔、4电极、5胶砂混合物、6螺纹孔、7连通密封槽、8端盖中心孔、9弧形槽、10辅助圆柱、11压力测试点端盖、12圆形凹槽、13岩心端盖、14密封板、15浇筑模具。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

结合图1-图9所示，这种超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法在天然岩心的对应预设位置安置电极及压力测试点，且每对电极间距离、插入岩心深度，电极对间距、个数以及压力测试点间距、个数可以精准安置，极大地增加了实验数据的准确性。具体步骤如下：

（1）岩心柱钻取与粘接，在天然全直径岩样中钻取标准25mm直径天然岩心柱，使用线切割机对岩心柱两端面进行平行度与平滑度处理，两端面的平滑度与平行度处理可以保证岩心粘接完成后两端面的平行度符合实验标准，端面外圈涂刷环氧树脂胶可以保证岩心整体的渗透性。将不同长度小岩心柱粘接成实验要求长度天然长岩心柱1，在小岩心柱端面外圈涂刷配置好的环氧树脂胶，对接后静置12小时待其彻底凝固。

（2）使用Solidworks设计天然岩心电极孔与压力测试孔，电极孔2直径为3mm，每个电极对两个电极孔间距为4mm，电极对间距离为25mm，电极孔2钻取深度为20mm，压力测试孔3直径为3mm，深度为1.25mm，两个测试点间距为100mm，具体尺寸可根据岩心尺寸及实验要求进行适当变动，电极孔2与压力测试孔3在岩心端面投影夹角为90°，如图1，这样不但确保了电极孔2与压力测试孔3不发生冲突，同时为岩心浇筑提供了一定的方便性。在数控加工中心输入设计好的Solidworks文件进行精准加工；电极孔2与压力测试孔3在岩心端面的夹角为90°。

（3）制作电极，制作1-1.2mm直径，100mm长铜质合金电极，保证其坚固程度的同时方便胶砂混合物的填充。电极4长度可以适当增加，确保其有足够的弯曲长度。

（4）电极安置，在钻取好的3mm电极孔2内填入预先配置好的均匀胶砂混合物5，配置的胶砂混合物5渗透率以天然岩心渗透率为基准，轻微压实至与岩心侧表面齐平，插入电极4，再次压实至电极稳固，如图2。将插好电极的岩心放入45℃恒温箱存放12小时，待胶砂混合物5彻底凝固；填充电极孔2的胶砂混合物胶砂比例以天然岩心相同渗透率的人造岩心胶砂配比为基础，这样可以保证填充物渗透率与天然岩心最大程度接近，极大降低其对实验数据影响程度。

（5）使用Solidworks设计压力测试点端盖，端盖分为上长方体、下长方体，上长方体居中位于下长方体上并一体构成，上长方体尺寸为25*25*10mm，下长方体尺寸为45*45*10mm。以上长方体上表面为基准面，在中心钻取一个直径为3mm贯穿上下层的端盖中心孔8，在同一个基准面中心钻取制作一个直径为8mm、深度为10mm深的螺纹孔6。下长方体上表面在距四周外边线4mm铣出一个宽为3mm深度2mm的连通密封槽7；下长方体下表面距四周外边线3mm铣出一个宽为3mm深度5mm的连通密封槽7，并以下表面为基准面钻取一个直径为10mm，深度为5mm的圆孔，在下表面沿与边线平行的中心线铣出一个直径为25mm，深度为2.5mm的弧形槽9，以确保与岩心侧曲面严丝合缝，如图3、图4。采用铝质合金，通过数控加工中心加工制成；连通密封槽7不但可以起到良好的密封作用，同时提高浇筑岩心的抗压强度。与岩心直径相同的弧形槽9可以确保其与岩心的密封性与粘结强度。

（6）布置压力测试点端盖，在压力测试孔3插入一根高出岩心表面30mm左右的直径为3mm的辅助圆柱10，在制作好的压力测试点端盖弧形面涂刷配置好的环氧树脂胶，端盖中心孔沿着圆柱放在岩心表面，确保与岩心侧表面紧密结合，如图5。全部端盖制备好后静置12小时待环氧树脂胶彻底凝固，抽出小圆柱，这样可以确保压力测试孔3与端盖中心孔完美结合；压力测试孔3插入一根高出岩心表面30mm左右的直径为3mm的圆柱，可以确保测试点端盖通孔与岩心压力测试孔完美对接，确保压力采集装置可以准确采集压力数据，同时可以对测试点端盖进行喷砂处理，增加端盖粗糙度，增强与环氧树脂胶粘接能力。

（7）使用Solidworks设计岩心端盖，岩心端盖13设计与步骤（4）压力测试点端盖大致相同，不同处在于压力测试点端盖11的弧形面在设计岩心端盖时改为钻取直径为25.5mm，深度为2.5mm的圆形凹槽12，如图6。采用铝质合金，通过数控加工中心加工制成；岩心端盖的圆形凹槽12可以确保与岩心对接的密封性与粘接强度，同时也可对其进行喷砂粗糙化处理。

（8）岩心端盖粘接，在岩心端盖圆形凹槽12表面和岩心端面外圈涂刷配置好的环氧树脂胶，对正粘接，静置12小时待环氧树脂胶彻底凝固，如图7；在岩心端面外圈涂刷环氧树脂胶，可以在胶轻微渗透的情况下确保岩心的渗透性。

（9）电极处理，将电极4弯曲使其与压力测试点端盖垂直并且在同一方向，如图8；对电极4进行弯曲处理，可以提高电极与环氧树脂胶之间的密封性。弯曲后的电极与压力测试点端盖垂直并在同一方向，为岩心浇筑提供一定的方便性，同时电极可进行多次弯曲，增加其密封性。

（10）岩心浇筑，在制备好的天然岩心表面涂刷薄薄的一层环氧树脂胶，静置12小时待其彻底凝固，一共涂刷两次，之后将岩心以压力测试点朝上的方式放入浇筑模具15中，两端以专用不粘胶塑料板（密封板14）以及橡皮泥密封，倒入配置好的环氧树脂胶，静置18小时待其彻底凝固，如图9。在岩心表面进行刷胶处理以防止直接进行浇筑的情况下，胶过多的深入到岩心中，影响岩心渗透率。浇筑用环氧树脂胶可在浇筑前放入45℃恒温箱中进行加温处理，可以使胶加速固化，同时增加浇筑后岩心的通透性，浇筑时，也可以采用少量多次浇筑，避免大量胶同时固化的不易控制性。

实施例1：

本实施例制备的是长*宽*高为200mm*65mm*65mm的超低渗浇筑天然岩心，带有2个压力测试点、7对电极，压力测试点等间距分布，电极对间距为25mm，其制备工艺过程主要包括以下步骤：

（1）岩心柱钻取与处理，钻取25mm直径实验要求标准岩心柱，对每个小岩心柱俩端面采用线切割机进行平滑度与平行度处理，按照技术方案所述粘制对接。

（2）使用Solidworks根据技术方案所述，设计间距、深度对应的压力测试孔和电极孔，岩心尺寸为200mm，供需14个电极孔（7对电极）以及2个压力测试孔。

（3）使用与天然岩心相同渗透率的胶砂混合物填充电极孔，适当压实，插入电极后再次彻底压实，45℃恒温箱静置12小时。

（3）使用Solidworks设计压力测试点端盖、岩心端盖，选取一块尺寸适宜的铝合金块，加工成上层尺寸为25*25*10mm、下层尺寸为45*45*10mm的基础模型块，根据实验需要，在与上述技术方案叙述一致处钻铣尺寸对应的通孔、连通密封槽、圆形槽等。

（4）在压力测试孔以及岩心两端按照上述要求粘接压力测试点端盖和岩心端盖，静置待其彻底凝固。

（5）对岩心进行刷胶处理，涂刷薄薄的一层即可，静置待其彻底凝固，先后需要涂刷两次。

（6）将岩心放入制作好的65*65*50mm的浇筑模具中，两端以不粘胶塑料板与橡皮泥密封，分层浇筑。

Claims (7)

1.一种超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法，其特征在于：

步骤（1）、岩心柱钻取与粘接，制作多个直径25mm的天然小岩心柱，将不同长度天然小岩心柱粘接成实验要求长度的天然长岩心柱；

步骤（2）、设计加工天然岩心电极孔与压力测试孔，各电极孔直径相等，各电极对中两个电极孔间距相等，相邻两个电极对间距离相等，各电极孔钻取深度相等；各压力测试孔直径相等，深度相等，相邻两个测试孔间距相等；电极孔与压力测试孔在岩心端面投影夹角为90°，在天然长岩心柱进行精准加工各电极孔与各压力测试孔；

步骤（3）、制作电极，电极为铜质合金电极；

步骤（4）、电极安置，在天然长岩心柱的电极孔内填入预先配置好的均匀胶砂混合物，配置的胶砂混合物渗透率以天然岩心渗透率为基准，轻微压实至与岩心表面齐平，插入电极，再次压实至电极稳固，将插好电极的天然长岩心柱放入45℃恒温箱存放12小时，待胶砂混合物彻底凝固；

步骤（5）、设计加工压力测试点端盖 ，压力测试点端盖由上长方体和下长方体一体构成，上长方体居中设置于下长方体上，上长方体小，下长方体大，螺纹孔、端盖中心孔、圆孔依次同轴贯通上长方体、下长方体，且位于上长方体、下长方体的中心，螺纹孔位于上长方体一端；下长方体上表面设置连通密封槽，连通密封槽环绕在上长方体外，下长方体下表面也设置连通密封槽；下长方体下表面沿与边线平行的中心线铣出一个弧形槽，弧形槽与天然长岩心柱相匹配，以确保与天然长岩心柱侧曲面严丝合缝，压力测试点端盖采用铝质合金加工制成；

步骤（6）、布置压力测试点端盖，在天然长岩心柱压力测试孔插入一根的辅助圆柱，在制作好的压力测试点端盖弧形面涂刷配置好的环氧树脂胶，压力测试点端盖通过端盖中心孔沿着辅助圆柱下扣在天然长岩心柱表面，确保其与岩心表面紧密结合，全部压力测试点端盖放置好后，静置12小时待环氧树脂胶彻底凝固，抽出辅助圆柱，确保压力测试孔与端盖中心孔完美结合；

步骤（7）、设计制作岩心端盖，岩心端盖由上长方体和下长方体一体构成，上长方体居中设置于下长方体上，上长方体小，下长方体大，螺纹孔、端盖中心孔、圆孔依次同轴贯通上长方体、下长方体，且位于上长方体、下长方体的中心，螺纹孔位于上长方体一端；下长方体上表面设置连通密封槽，连通密封槽环绕在上长方体外，下长方体下表面也设置连通密封槽，下长方体下表面圆形凹槽，圆孔与圆形凹槽相通且同轴；岩心端盖采用铝质合金加工制成；

步骤、岩心端盖粘接，岩心端盖为两个，分别在端盖圆形凹槽表面涂刷配置好的环氧树脂胶，天然长岩心柱两端面外圈也涂刷配置好的环氧树脂胶，将岩心端盖分别对正粘接在天然长岩心柱两端，静置12小时待环氧树脂胶彻底凝固；

步骤（9）、电极处理，将各电极弯曲使其与压力测试点端盖垂直并且在同一方向；

步骤（10）、岩心浇筑，在步骤（9）制备好的天然长岩心柱表面涂刷一层环氧树脂胶，静置12小时待其彻底凝固，一共涂刷两次，之后将天然长岩心柱以压力测试点朝上的方式放入浇筑模具中，天然长岩心柱两端以不粘胶塑料板以及橡皮泥密封，倒入配置好的环氧树脂胶，静置18小时待其彻底凝固。

2.根据权利要求1所述的超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法，其特征在于：所述的步骤（2）中电极孔直径为3mm，每个电极对中两个电极孔间距为4mm，相邻两个电极对间距离为25mm，电极孔钻取深度为20mm；压力测试孔直径为3mm，深度为1.25mm，相邻两个压力测试孔间距为100mm，在数控加工中心输入设计好的Solidworks文件进行精准加工。

3.根据权利要求2所述的超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法，其特征在于：所述的步骤（3）中电极直径1-1.2mm，长100mm。

4.根据权利要求3所述的超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法，其特征在于：所述的步骤（5）中上长方体长、宽高分别为25mm、25mm、10mm，下长方体长、宽高分别为45mm、45 mm、10mm，端盖中心孔直径为3mm，螺纹孔直径为8mm、深度为10mm，下长方体上表面的连通密封槽距四周外边线4mm，宽为3mm，深度2mm；下长方体下表面的连通密封槽距四周外边线3mm，宽为3mm，深度5mm，圆孔直径为10mm，深度为5mm，弧形槽直径为25mm，深度为2.5mm。

5.根据权利要求4所述的超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法，其特征在于：所述的步骤（6）中辅助圆柱高出岩心表面30mm，直径为3mm。

6.根据权利要求5所述的超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法，其特征在于：所述的步骤（7）中岩心端盖的圆形凹槽进行喷砂粗糙化处理，圆形凹槽直径为25.5mm，深度为2.5mm。

7.根据权利要求6所述的超低渗天然岩心柱电极、测压点布置浇筑方法，其特征在于：所述的步骤（10）中浇筑用的环氧树脂胶在浇筑前放入45℃恒温箱中进行加温处理，使胶加速固化，浇筑时，采用多次浇筑。

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