CN111410819A - 衰减材料组合物和衰减材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及油气勘探与开发技术领域，公开了一种衰减材料组合物和衰减材料及其制备方法和应用。其中，所述衰减材料组合物含有室温硫化硅橡胶、环氧树脂、第一固化剂和第二固化剂，其中，所述第一固化剂含有正硅酸乙酯和二丁基锡；且所述室温硫化硅橡胶与所述环氧树脂的重量比为(0.1‑1)：1。该衰减材料具有的品质因子适合应用于地震物理模拟中。

Description

衰减材料组合物和衰减材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及油气勘探与开发技术领域，具体涉及一种衰减材料组合物和衰减材料及其制备方法和应用。
背景技术
在石油物理勘探领域，物理模型是一种重要的技术手段，利用地震物理模型和室内超声波采集系统进行实验室采集、处理，进而研究特定模型的地震响应特征，对油气勘探开发具有重要的指导意义。在地震物理模型研究中，物理模型材料的制备是制作物理模型的一项关键技术，其模拟准确性直接关系到模拟实验分析的成败，对于模拟特定的石油、天然气储层具有重要的研究价值和意义。
地表地层及近地表地层，通常表现出高衰减、低速度的特征。地层对地震的吸收衰减作用，通常会引起探测信号能量损失，影响资料的分辨率，降低了地下油气的探测精度。
在实验室中，通过物理模型模拟方法研究地层衰减特征，基于物理模型的反射波数据能够有效地模拟野外勘探情况，模拟过程各项参数具有很高的可控性，同时获得的地震资料具有比较高的信噪比，利于数据的分析以及理论方法、假设或假说的验证。
传统的环氧树脂类材料，以环氧树脂和硅橡胶制备复合材料，速度为2000-2600m/s，品质因子Q值为40-60，这与实际近地表的地层的品质因子Q值15-40相差较大。
因此，为了制备地震物理模型模拟近地表地层，需要研究一种高衰减材料具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的衰减材料的品质因子Q值大的缺陷问题，提供一种衰减材料组合物和衰减材料及其制备方法和应用，本发明制备得到的衰减材料的Q值与速度近似指数关系，接近真实的地层特征，能够应用于地震物理模拟中。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种衰减材料组合物，其中，所述衰减材料组合物含有室温硫化硅橡胶、环氧树脂、第一固化剂和第二固化剂，其中，所述第一固化剂含有正硅酸乙酯和二丁基锡；且所述室温硫化硅橡胶与所述环氧树脂的重量比为(0.1-1)：1。
本发明第二方面提供了一种采用前述所述的组合物制备衰减材料的方法，其中，该方法包括：
(1)将室温硫化硅橡胶进行第一加热处理后再与第一固化剂进行第一混合，得到改性硅橡胶；
(2)将环氧树脂进行第二加热处理后再与第二固化剂和所述改性硅橡胶进行第二混合；
(3)将步骤(2)得到的混合物注入模具中并进行固化处理。
本发明第三方面提供一种由前述所述方法制备得到的衰减材料。
本发明第四方面提供了一种前述所述衰减材料在地震物理模型中的应用。
通过上述技术方案，本发明通过将室温硫化硅橡胶、环氧树脂、第一固化剂和第二固化剂混合后，尤其是采用了室温硫化硅橡胶，其中，室温硫化硅橡胶中的硫醇基和环氧树脂发生化学反应，渐渐变硬成型；本发明能够通过模具方便加工成各种形态，从而制作出适用于地震物理模型用的衰减材料，可塑性强；同时，该衰减材料的纵速度、横速度、密度和品质因子Q值能够满足近地表地层模拟的要求；另外，本发明的方法工艺简单，稳定性好。
附图说明
图1为本发明制备衰减材料的方法的流程示意图；
图2为采用脉冲透射插入法测量本发明实施例1-15和对比例1制备的衰减材料获得的波形的示意图；
图3为本发明的实施例1、3、7、9、11和13制备的衰减材料的信号的归一化振幅谱图；
图4为本发明实施例1-15制备的衰减材料的室温硫化硅橡胶与环氧树脂的重量比与品质因子Q值的变化关系；
图5为实施例7和对比例2制备的衰减材料的样品的相片；
图6为对比例3制备的衰减材料的样品的相片。
附图标记说明
1、实施例7制备的衰减材料的样品的相片；
2、对比例2制备的衰减材料的样品的相片。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供了一种衰减材料组合物，其中，所述衰减材料组合物含有室温硫化硅橡胶、环氧树脂、第一固化剂和第二固化剂，其中，所述第一固化剂含有正硅酸乙酯和二丁基锡；且所述室温硫化硅橡胶与所述环氧树脂的重量比为(0.1-1)：1。
根据本发明，正硅酸乙酯和二丁基锡的重量比为100：(2-4)，优选为100：(2.5-3.5)。在本发明中，将正硅酸乙酯和二丁基锡的重量比限定为前述所述范围之内，能够使催化效果好，制成的改性硅橡胶性质稳定。
根据本发明，所述室温硫化硅橡胶与所述第一固化剂的重量比为100：(2-4)，优选为100：(2.5-3.5)，更优选为100：3。在本发明中，将所述室温硫化硅橡胶与所述第一固化剂的重量比限定为前述所述范围之内，能够使催化效果好，制成的改性硅橡胶性质稳定。
根据本发明，以100重量份的所述环氧树脂为基准，所室温硫化硅橡胶为10-100重量份，所述第一固化剂为0.3-3重量份，所述第二固化剂为10-30重量份；优选地，以100重量份的所述环氧树脂为基准，所述室温硫化硅橡胶为45-55重量份，所述第一固化剂为1-2重量份，所述第二固化剂为15-25重量份。在本发明中，将所述室温硫化硅橡胶、所述第一固化剂和所述第二固化剂的含量限定为前述所述范围之内，能够使得催化效果好，制成的改性硅橡胶性质稳定。
根据本发明，所述第二固化剂为脂肪族胺固化剂；优选地，所述脂肪族胺固化剂在温度为25℃下的粘度为50-120mPa·s，优选为70-90mPa·s，胺值为600-700mgKOH/g。在本发明中，所述脂肪族胺固化剂可以通过商购获得，例如，可以购自上海树脂厂有限公司，型号为593-2，包装规格为5kg/20kg，外观为无色透明液体，色度≤2，25℃下的粘度为70-90mPa·s，胺值为600-700mgKOH/g。
根据本发明，所述室温硫化硅橡胶在温度为25℃下的粘度为2000-12000mPa.s，优选为6000-9000mPa.s；在本发明中，所述室温硫化硅橡胶可以通过商购获得，例如，可以购自上海树脂厂有限公司，型号为107，包装规格为4kg/50kg，外观为无色透明流动液体，在温度为25℃下的粘度为6000-9000mPa.s，表面硫化时间≤2h。
根据本发明，环氧树脂在温度为25℃下的粘度为9000-14000mPa·s，环氧值为0.5-0.54mol/100g；在本发明中，所述环氧树脂可以通过商购获得，例如，可以购自上海树脂厂有限公司，型号为618双酚A型环氧树脂，包装规格为20kg，外观为无色透明液体，色度≤2，25℃下的粘度为11000-12000mPa·s，环氧值为0.5-0.54mol/100g。
本发明第二方面提供了一种采用前述所述的组合物制备衰减材料的方法，其中，该方法包括：
(1)将室温硫化硅橡胶进行第一加热处理后再与第一固化剂进行第一混合，得到改性硅橡胶；
(2)将环氧树脂进行第二加热处理后再与第二固化剂和所述改性硅橡胶进行第二混合；
(3)将步骤(2)得到的混合物注入模具中并进行固化处理。
根据本发明，在步骤(1)中，所述第一加热处理采用恒温加热的方式，在温度为20-50℃的条件下保持1-48h；优选地，在温度为32-40℃的条件下保持24-25h。
根据本发明，第一混合的条件包括：搅拌速率为70-95转/分钟，时间为6-12min；更优选地，搅拌速率为80-90转/分钟，时间为8-10min。
根据本发明，在步骤(2)中，所述第二加热处理采用恒温加热的方式，在温度为20-50℃的条件下保持1-48h；优选地，在温度为32-40℃的条件下保持24-25h。
根据本发明，第二混合的条件包括：搅拌速率为70-95转/分钟，时间为6-12min；更优选地，搅拌速率为80-90转/分钟，时间为8-10min。
根据本发明，在步骤(3)中，所述固化可以在室温下进行，在本发明中，具体地，所述固化的条件包括：温度为18-32℃，时间为24-96h；优选地，温度为20-30℃，时间为48-72h。
根据本发明，所述方法还包括：将所述第二混合后的混合物在真空条件下进行第三混合；优选地，所述第三混合的条件包括：搅拌速率为70-95转/分钟，时间为6-12min；更优选地，搅拌速率为80-90转/分钟，时间为8-10min。
根据本发明，该方法还包括对所制备的衰减材料进行表面加工处理，具体地，从模具中取出样品，用精雕机进行加工，保证表面光滑平整，光洁度为0.01-0.02mm，平行度为0.01-0.02mm；优选地，光洁度为0.01mm，平行度为0.01mm。
根据本发明，所述模具没有具体限定，可以为长方体样品或者正方体样品，例如，在本发明中，所述模具可以为边长为63-70mm，高度为55-70mm的长方体样品，也可以为边长为63-70mm或者55-70mm的正方体样品。
本发明第三方面提供一种由前述所述方法制备得到的衰减材料。
该衰减材料的纵波速度Vp为2.098-2.602m/s，横波的速度Vs为0.65-1.17m/s，密度为1.182-1.231g/cm3，Qp为8.42-25.1，Qs为7.79-27.66。另外，制备工艺简单，在本发明中，制备得到的衰减材料的Q值与速度近似指数关系，接近真实的地层特征。
本发明第四方面提供了一种前述所述的衰减材料在地震物理模型中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中：
1、仪器
(1)加热预热设备采用电热恒温培养箱，购自天津市中环实验电炉有限公司，型号为DHP-600，温度设置为35-40℃。
(2)材料称量设备采用电子天平，购自成都普瑞逊电子有限公司，型号为JS-15S，精度为0.5g。
(3)电子天平，购自上海舜宇恒平科学仪器有限公司，型号为FA2004，精度为0.1mg。
(4)超声测试设备采用超声波换能器，购自广州汕头超声电子股份有限公司，型号为RS1.0M20D、RP1.0M20D。
(5)脉冲激发器，购自广州汕头超声电子股份有限公司，型号为CTS-8077PR。
(6)数字示波器，购自泰克(Tektronix)科技有限公司，型号为DPO3012。
2、品质因子Q的测试方法
脉冲透射法是实验室中Q值测量方法中最为普遍的方法之一，该方法主要通过利用换能器激发的透射波进行样品的Q值测量，该方法测量过程一般是换能器与样品直接接触，通过在样品表面涂抹相应的耦合剂对样品与换能器进行耦合。利用脉冲透射法进行Q值测量时，可以根据被测样品的特性选择两种不同的测试方式。选取已知Q值的样品作为参考样品，参考样品的几何形状需要和被测样品的几何形状相近或相同，利用被测样品的测量数据与参考样品测量数据进行处理，求取获得被测样品的Q值，该方法为参考样品法(spectral ratio method)。
当信号在两块样品中传播相同的距离x的时候，可以利用下式分别表示两种样品接收信号的振幅谱：
Figure BDA0002444661870000071
Figure BDA0002444661870000072
式中A1、A2分别表示参考样品和测试样品的接收信号振幅谱，A0为震源谱；α为衰减系数；G为衍射效应因子(几何扩散因子)，w为仪器接收响应函数。对(1)和(2)相除取自然对数可得：
Figure BDA0002444661870000073
一般选择衰减较小的材料作为参考样品，如铝样品，这样可以把α1近似看作0。对于常Q模型情况，衰减系数α与品质因子存在以下关系：
Figure BDA0002444661870000081
因此，为了求出样品的品质因子Q，需要准备一块形状接近的参考样品(本例中使用了铝，Q近似为15000)，需要知道样品的速度、长度以及超声波透过换能器后的波形。
实施例1
本实施例在于说明采用本发明的方法制备的衰减材料。
如图1所示，按照图1的流程示意图：
(1)将室温硫化硅橡胶(上海树脂厂有限公司，型号为107)在温度为40℃的条件下保持24h进行第一加热处理，然后将经第一加热处理后的室温硫化硅橡胶与正硅酸乙酯和二丁基锡在搅拌数率为80转/分钟的条件下进行第一混合8min，得到改性硅橡胶；其中，正硅酸乙酯和二丁基锡的比为100：3；
(2)将618双酚A型环氧树脂在温度为40℃的条件下保持24h进行第二加热处理，然后将经第二加热处理后的环氧树脂与脂肪族胺固化剂(上海树脂厂有限公司，型号为593-2)和所述改性硅橡胶在搅拌数率为80转/分钟的条件下进行第二混合10min；将以上混合物放入真空搅拌器内，继续搅拌、抽真空，时间设定6min；
(3)将步骤(2)的混合物注入模具中并在温度为25℃的恒温箱中进行固化处理24h；
另外，各个组分的用量以及搅拌条件如表1所示；以及所制备的衰减材料的性能参数如表2所示。
实施例2-15
按照与实施例7相同的方法制备衰减材料，所不同之处在于：各个组分的用量以及搅拌条件不同，具体如表1所示，以及所制备的衰减材料的性能参数如表2所示。
对比例1-5
按照与实施例7相同的方法制备衰减材料，所不同之处在于：各个组分的用量以及搅拌条件不同，具体如表1所示，以及所制备的衰减材料的性能参数如表2所示。
表1
Figure BDA0002444661870000091
Figure BDA0002444661870000101
备注：“-”表示与实施7中的条件相同。
表2
Figure BDA0002444661870000102
备注：Qp和Qs分别代表了纵波和横波在材料中的衰减情况。
其中，纵波的速度为Vp，横波的速度为Vs。
利用频谱比法求取实施例1-15制备的衰减材料(地震物理模型)的Q值参数，如表2所示，通过表2的结果可以看出，采用本发明的方法制备的衰减材料的纵波速度Vp为2.098-2.602m/s，横波的速度Vs为0.65-1.17m/s，密度为1.182-1.231g/cm3，Qp为8.42-25.1，Qs为7.79-27.66。而对比例1、对比例3和对比例4制备的衰减材料的Qp和Qs的值偏大，对比例2和对比例5制备的衰减材料的Qp和Qs的值偏低，这样导致衰减过大。说明只有在本发明实施例1-15制备的衰减材料的纵速度、横速度、密度和品质因子Q值的范围內，才能够更好地满足近地表地层模拟的要求。
另外，模型样块(衰减材料)衰减参数测量时选用脉冲透射插入法，该脉冲透射插入法具有较高的稳定性和准确性，同时可以调整换能器之间的距离，尽可能的降低衍射效应对Q值测量的影响，对于该方法的测量原理在前文中已做详细说明。其中，测量换能器主频为1MHz，测量过程换能器之间的距离设置为195mm，衰减材料放置于两个换能器之间靠近中间位置，以便能够降低多次波对实验的影响。
通过超声换能器，采用脉冲透射插入法测量本发明实施例1-15和对比例1制备的衰减材料获得的波形的示意图如图2所示，从图2能够看出实施例1-15和对比例1制备的衰减材料的衰减参数。另外，根据图2测量获得的数据，将实施例1、3、7、9、11和13制备的衰减材料的波形进行频谱分析，傅里叶变换获得的频谱，如图3所示，图3为本发明的实施例1、3、7、9、11和13制备的衰减材料的信号的归一化振幅谱图。如图3可知：对比不同衰减特性的衰减材料可以明显的发现，随着质量比的增大，测量信号的主频逐渐成降低趋势。同时质量比较小时主频变化幅度较明显，如实施例1制备的衰减材料的信号主频为0.8MHz左右，实施例3制备的衰减材料的信号主频为0.6MHz左右，而质量比(硫化硅橡胶/环氧树脂)较大时，主频变化幅度较小，如实施例7、9、11和13制备的衰减材料信号的主频几乎都在0.4MHz范围，变化幅度非常小。
图4为本发明实施例1-15和对比例1制备的地震物理模型的速度与品质因子Q值的变化关系；通过以上频谱信息能够初步判断出该系列衰减材料的衰减特征，质量比Φ在0.1-1范围时：当Φ较小时，随着Φ的增加衰减材料的Q值变化幅度较大，而随着Φ的逐渐接近1时，衰减材料的Q值变化幅度较小。
根据测量获得的Q数据和已知衰减材料的质量比，按照Q＝m*en*Φ的数学关系进行数据拟合，其中，拟合数据中不包含对比例1-5中的样品，如图4所示，拟合获得数学关系为Q≈49.9*e-1.95*Φ，决定系数R2>0.98。拟合获得的Q值与VP的数学关系与经验公式(Q≈14*Vp 2.2)(该公式来自于：李庆忠,走向精确勘探的道路[M].北京:石油工业出版社，1994:31-40)进行对比，能够发现两者之间存在很高的相似性，说明本发明制备的衰减材料与野外地层吸收衰减规律具有很高的相似性，同时具备可塑性强、稳定性高，另外，速度、密度能够满足物理模拟要求，衰减特性接近地层的速度与Q值变化规律，利用该材料能够进行近地表低速层的模拟具有很高的适应性。
图5为实施例7和对比例2制备的衰减材料的样品的相片，其中，标有“1”的为实施例7制备的衰减材料的样品的相片，标有“2”的为对比例2制备的衰减材料的样品的相片，标有“1”的为在40℃的条件下制备的样品，标有“2”的为在60℃的条件下制备的样品。这是由于氧化凝固过程是一种放热过程，由于温度较高，混合物的催化作用明显，注入模具后，内部和外部的固化速度差异很大，能看到样品中间位置明显隆起，经过测量，两块样品的存在密度差，放在水中自由下落时，根据样品翻转的情况，推测出样品隆起的部分密度较小。密度差异会严重影响后续实验的结果，因此60℃制作的样品效果不好。
图6为对比例3制备的衰减材料的样品的相片，由于搅拌速度为50转/min，搅拌时间为4min，制备的衰减材料的样品中会存在大量微小气泡，这些气泡会产生作为杂质成分引起实验数据异常，效果不好。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种衰减材料组合物，其特征在于，所述衰减材料组合物含有室温硫化硅橡胶、环氧树脂、第一固化剂和第二固化剂，其中，所述第一固化剂含有正硅酸乙酯和二丁基锡；且所述室温硫化硅橡胶与所述环氧树脂的重量比为(0.1-1)：1。
2.根据权利要求1所述组合物，其中，正硅酸乙酯和二丁基锡的重量比为100：(2-4)，优选为100：(2.5-3.5)。
3.根据权利要求1所述组合物，其中，所述室温硫化硅橡胶与所述第一固化剂的重量比为100：(2-4)，优选为100：(2.5-3.5)。
4.根据权利要求1或3所述组合物，其中，以100重量份的环氧树脂为基准，所述室温硫化硅橡胶为10-100重量份，所述第一固化剂为0.3-3重量份，所述第二固化剂为10-30重量份；
优选地，以100重量份的环氧树脂为基准，所述室温硫化硅橡胶为45-55重量份，所述第一固化剂为1-2重量份，所述第二固化剂为15-25重量份。
5.根据权利要求1或4所述组合物，其中，所述第二固化剂为脂肪族胺固化剂；
优选地，所述脂肪族胺固化剂在温度为25℃下的粘度为50-120mPa·s，胺值为600-700mgKOH/g。
6.根据权利要求1或4所述的组合物，其中，所述室温硫化硅橡胶在温度为25℃下的粘度为2000-12000mPa·s；
优选地，环氧树脂在温度为25℃下的粘度为9000-14000mPa·s，环氧值为0.5-0.54mol/100g。
7.一种权利要求1-6中任意一项所述的组合物制备衰减材料的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将室温硫化硅橡胶进行第一加热处理后，再与第一固化剂进行第一混合，得到改性硅橡胶；
(2)将环氧树脂进行第二加热处理后，再与第二固化剂和所述改性硅橡胶进行第二混合；
(3)将步骤(2)得到的混合物注入模具中并进行固化处理。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述第一加热处理采用恒温加热的方式，在温度为20-50℃的条件下保持1-48h；优选地，在温度为32-40℃的条件下保持24-25h；
优选地，第一混合的条件包括：搅拌速率为70-95转/分钟，时间为6-12min；更优选地，搅拌速率为80-90转/分钟，时间为8-10min。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述第二加热处理采用恒温加热的方式，在温度为20-50℃的条件下保持1-48h；优选地，在温度为32-40℃的条件下保持24-25h；
优选地，第二混合的条件包括：搅拌速率为70-95转/分钟，时间为6-12min；更优选地，搅拌速率为80-90转/分钟，时间为8-10min；
优选地，在步骤(3)中，所述固化的条件包括：温度为18-32℃，时间为24-96h；优选地，温度为20-30℃，时间为48-72h。
10.一种权利要求7-9中任意一项所述的方法制备得到的衰减材料。
11.权利要求10所述衰减材料在地震物理模型中的应用。
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