CN111781051A - 基于岩性和渗透率控制的人造砂砾岩岩心及其制备方法和应用 - Google Patents

基于岩性和渗透率控制的人造砂砾岩岩心及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及人造岩心技术领域，具体涉及一种基于岩性和渗透率控制的人造砂砾岩岩心及其制备方法和应用。该方法包括：将砂石颗粒与胶结剂依次进行混合、成型，再加入第二固化剂进行固化，得到人造砂砾岩岩心；其中，所述砂石颗粒的配比根据所述人造砂砾岩岩心的性质来确定，所述人造砂砾岩岩心的性质包括：岩性和渗透率。本发明将人造砂砾岩岩心的性质与砂石颗粒的配比结合起来，尤其是根据人造砂砾岩岩心的岩性和渗透率调控砂石颗粒的配比，实现对人造砂砾岩岩心的精准控制。

Description

基于岩性和渗透率控制的人造砂砾岩岩心及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及人造岩心技术领域，具体涉及一种基于岩性和渗透率控制的人造砂砾岩岩心及其制备方法和应用。
背景技术
岩心是研究油气藏储层渗流规律和辅助决策油田开发方案部署的重要物质基础。然而由于人工取芯作业成本高、资源紧张，甚至有些油藏岩石疏松难以获取到完整的天然岩心，导致室内实验研究难度加大。通常为克服这种困难，选择人造岩心作为实验材料开展渗流规律、剩余油分布规律、化学剂驱油性能及开发方案评价等领域研究。
当前在碎屑岩人造岩心中，主要集中在人造砂岩岩心和人造泥页岩岩心，在砾岩人造岩心中专利数量较少。在页岩人造岩心的渗透率控制方面，通常页岩的渗透率普遍低于1mD，在制作过程仅靠加大水泥的用量，即可保证人造页岩岩心的渗透率极低。因此，在页岩人造岩心的制作中，无需过多地考虑渗透率控制的问题。
在人造砂岩岩心中，采用环氧树脂作为胶结剂制作人造岩心的专利屡见不鲜，如CN108956224A、CN108519259A、CN108414312A和CN108218293A等。
相比较常见的树脂类砂岩人造岩心，页岩人造岩心多采用了无机胶结方式，比如，CN104034563A公开了一种节理性页岩人造岩心的制备方法，使用水泥、石英砂、粘土、石膏粉和麦片、碎纸片混合的方式制作出具有一定裂缝发育、层理发育的人造页岩岩心；CN104692726A公开了一种硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法，通过制备不同添加量的膨润土和分散剂的水泥石，依据抗压强度、综合脆性指数、水化膨胀性与水泥石复配比例的关系图版，制备可准确模拟硬脆性泥页岩力学特征的人造页岩岩心。通常页岩的渗透率普遍低于1mD，在制作过程仅靠加大水泥的用量，即可保证人造页岩岩心的渗透率极低。因此，在页岩人造岩心的制作中，无需过多地考虑渗透率控制的问题。
CN107742031A提出了通过灰度关联和BP神经网络建立粒径配比数学模型，达到人造砂岩岩心渗透率控制的目的。该方法操作简单可行，但若要保证模型的准确性，需用至少百余块人造岩心数据用以训练，这无疑加大了渗透率控制的难度与时间成本。
CN103910514A公开一种人造砾岩岩心的制备方法，提出在环氧树脂中添加一种硅酸盐颗粒的方法制作人造砾岩岩心。由于砾岩中颗粒大小不均，大颗粒之间相互堆叠容易形成亚毫米级的孔隙，这些大孔隙容易再被小颗粒部分填充，导致内部孔隙差异巨大，这种颗粒多级填充的特殊结构也必然导致了砾岩的物性演变规律与砂岩有所区别，目前在人造砾岩的物性控制上尚未有具体的方法报道。
砾岩与砂岩人造岩心主要体现在颗粒的粒度大小上，在物性控制方面既有差别，也有所联系。但是砾岩与砂岩之间的递变关系，即，岩性的递变控制目前尚未有专利有所阐述。在砾岩油藏中，既包含了砾岩，也包含了砂岩和砂砾岩等过渡岩性。这种岩性的不同也导致了渗流规律的显著差异，因此在砂岩油藏中被忽视的岩性问题在砾岩油藏中显得格外突出。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中人造岩心存在渗透率与岩性设计单一化问题，提供一种基于岩性和渗透率控制的人砂砾岩造岩心及其制备方法和应用。该方法将渗透率与岩性结合起来，通过调整砂石颗粒的配比，实现人造砂砾岩岩心的精确控制。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种人造砂砾岩岩心的制备方法，该方法包括：将砂石颗粒与胶结剂依次进行混合、成型，再加入第二固化剂进行固化，得到人造砂砾岩岩心；
其中，所述砂石颗粒的配比根据所述人造砂砾岩岩心的性质来确定，所述人造砂砾岩岩心的性质包括：岩性和渗透率。
优选地，所述砂石颗粒的配比通过公式(I)进行调控，
Figure BDA0002577254170000031
其中，Φ为沉积粒度；C为相对权重，0≤C≤1；μ1为第一主峰均值，σ1为第一主峰方差；μ2为第二主峰均值，σ2为第二主峰方差。
本发明第二方面提供一种第一方面提供的方法制得的人造砂砾岩岩心。
本发明第三方面提供一种第二方面提供的人造砂砾岩岩心在砂砾岩储集层物理模拟中的应用。
通过上述技术方案，本发明将人造砂砾岩岩心的性质与砂石颗粒的配比结合起来，尤其是根据人造砂砾岩岩心的岩性和渗透率调控砂石颗粒的配比，实现对人造砂砾岩岩心的精准控制。
同时，本发明提供一种以硅酸盐水泥为主的胶结剂，所述胶结剂以小颗粒方式填充在孔隙内，使人造砂砾岩岩心的孔隙结构更接近于天然岩心；将本发明提供的人造砂砾岩岩心用于砂砾岩储集层物理模拟，保证了室内驱替实验与油田开发现状最大程度相似。
附图说明
图1是实施例1的沉积粒度曲线，a是天然岩心的沉积粒度曲线，b是人造含砾粗砂岩岩心的沉积粒度曲线；
图2是本发明提供的岩心分类图版；
图3是本发明提供的人造砾岩和/或砂砾岩岩心的气测渗透率标准曲线；
图4是本发明提供的人造含砾砂岩岩心的气测渗透率标准曲线；
图5是本发明提供的人造砂岩岩心的气测渗透率标准曲线；
图6是本发明提供的人造砂砾岩岩心的外观示意图，a’是砂砾岩的岩心实物图，b’是含砾砂岩的岩心实物图，c’砂砾岩铸体薄片图。
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一种人造砂砾岩岩心的制备方法，该方法包括：将砂石颗粒与胶结剂依次进行混合、成型，再加入第二固化剂进行固化，得到人造砂砾岩岩心；
其中，所述砂石颗粒的配比根据所述人造砂砾岩岩心的性质来确定，所述人造砂砾岩岩心的性质包括：岩性和渗透率。
在本发明中，没有特殊情况说明下，所述人造砂砾岩岩心的岩性和渗透率取决于天然岩心的岩性和渗透率。因此，本发明根据天然岩心的岩性和渗透率，可制作岩性和渗透率相似的人造砂砾岩岩心，保证了室内驱替实验与油田开发现状在最大程度地相似。
根据本发明，优选地，所述砂石颗粒的配比通过公式(I)进行调控，
Figure BDA0002577254170000041
其中，Φ为沉积粒度；C为相对权重，0≤C≤1；μ1为第一主峰均值，σ1为第一主峰方差；μ2为第二主峰均值，σ2为第二主峰方差。即，所述砂石颗粒的配比取决于所述人造砂砾岩岩心的沉积粒度曲线。
根据本发明，所述沉积粒度曲线中，所述沉积粒度Φ值为双峰粒度叠合的结果，其中，所述双峰粒度叠合是指利用两个呈正态分布的粒度峰相互叠加，即通过调整前、后粒度峰的宽度、粗细和高低的形态变化，保证人造岩心粒度形态多样化的设计；μ1为第1个粒度峰的均值，即第一主峰均值，通常代表着大颗粒峰或粗粒峰的位置；σ1为第1个粒度峰的方差，即第一主峰方差，数值越大，峰宽度也越大；同理，μ2为第2个粒度峰的均值，即第二主峰均值，通常代表着小颗粒峰或细粒峰的位置；σ2为第2个粒度峰的方差，即第二主峰方差。
进一步优选地，所述砂石颗粒的配比通过以下步骤进行调控：
1)将天然岩心的物性参数作为调控所述人造砂砾岩岩心的目标参数，包括：相对权重、第一主峰方差、第二主峰方差；
2)根据相对权重、第一主峰方差和第二主峰方差得到岩性分类图版，然后根据所述岩性分类图版，得到所述人造砂砾岩岩心的第一主峰均值；
3)根据所述岩性的渗透率标准曲线，得到所述人造砂砾岩岩心的第二主峰均值；
4)根据相对权重、第一主峰均值、第一主峰方差、第二主峰均值和第二主峰方差，得到所述人造砂砾岩岩心的沉积粒度曲线；
5)根据所述人造砂砾岩岩心的沉积粒度曲线，确定所述砂石颗粒的粒径与重量含量。
本发明的一种优选实施方式，步骤1)中，所述天然岩心的物性参数通过公式(I)反演拟合得到。具体地，采用SY/T 5434-2018行业标准测试天然岩心的沉积粒度曲线，然后利用公式(I)确定天然岩心中粒度的参数范围，即统计天然岩心的粒度曲线中相对权重、第一主峰方差、第二主峰方差的范围，分别认清两个正态分布峰的高低、宽窄、远近等形态特征。
本发明将天然岩心的沉积粒度曲线分解成两个正态分布峰，主要通过调整两个正态分布峰的相对距离，即，第一主峰均值μ1和第一主峰均值μ2，从而得到岩性和渗透率相似的人造砂砾岩岩心的沉积粒度曲线。
在本发明中，所述人造砂砾岩岩心的岩性取决于所述岩性分类图版，优选地，步骤2)中，所述岩性图版的制备包括以下步骤：
A、基于步骤1)中相对权重、第一主峰方差和第二主峰方差，通过调整第一主峰和第二主峰的相对距离，分别绘制相应的沉积粒度曲线；
B、基于所述沉积粒度曲线，分别统计不同沉积粒度的颗粒重量，并对相应岩心的岩性进行分类；
C、以第一主峰均值为横坐标、第二主峰均值为纵坐标，绘制不同沉积粒度的所述岩性分类图版。
优选地，所述通过调整第一主峰和第二主峰的相对距离，也就是在确定所述人造砂砾岩岩心的相对权重、第一主峰方差和第二主峰方差的情况下，调整第一主峰均值和第二主峰均值，并根据第一主峰均值和第二主峰均值的大小，分别绘制相应的沉积粒度曲线。
在本发明中，利用沉积粒度曲线实现人造砂砾岩岩心的岩性分类目的，分别统计步骤A中相应的沉积粒度曲线中的中砾、细砾、粗砂、中砂、细砂和粉砂共6个级别的颗粒重量，对应的沉积粒度范围见表1，参考SY/T5434-2018《碎屑岩粒度分析方法》中的碎屑岩定名原则，对相应的沉积粒度曲线加以分类。通过“双峰粒度叠合”方法设计沉积粒度曲线，实现对人造砂砾岩岩心的岩性和渗透率控制目的。
表1
Figure BDA0002577254170000061
在确定不同级别的砂石颗粒重量含量后，对所述岩性进行分类，其中，以所述砂石颗粒的重量为基准，当砾石的含量＞50wt％，所述岩性为砾岩；当砾石的含量为25-50wt％，所述岩性为砂砾岩；当砾石的含量为5-25wt％，且砂石的含量＞75wt％，所述岩性为含砾砂岩；当砾石的含量＜5wt％，且砂石的含量＞75wt％，所述岩性为砂岩。
本发明的一种优选实施方式，以所述砂石颗粒的重量为基准，当砾石的含量＞50wt％，所述岩性为砾岩。具体而言，当细砾与砾石的重量之比＞50％，所述岩性为细砾岩；当中砾与砾石的重量之比＞50％，所述岩性为中砾岩；当细砾与中砾的重量比为0.4-0.6，所述岩性为不等粒砾岩。
本发明的一种优选实施方式，以所述砂石颗粒的重量为基准，当砾石的含量为25-50wt％，所述岩性为砂砾岩。
本发明的一种优选实施方式，以所述砂石颗粒的重量为基准，当砾石的含量为5-25wt％，且砂石的含量＞75wt％，所述岩性为含砾砂岩。具体而言，当粗砂/中砂/细砂与砂石的重量之比＞50％，所述岩性为含砾粗砂岩/含砾中砂岩/含砾细砂岩；以砂石的重量为基准，粗砂、中砂、细砂/粉砂的含量占比各自独立地＞20wt％，且粗砂、中砂、细砂和中砂中任意两种含量占比＜70wt％，所述岩性为含砾不等粒砂岩。
本发明的一种优选实施方式，以所述砂石颗粒的重量为基准，当砾石的含量＜5wt％，且砂石的含量＞75wt％，所述岩性为砂岩。具体而言，当粗砂/中砂/细砂与砂石的重量之比＞50％，所述岩性为粗砂岩/中砂岩/细砂岩；以砂石的重量为基准，粗砂、中砂、细砂/粉砂的含量占比各自独立地＞20wt％，且粗砂、中砂、细砂和中砂中任意两种含量占比＜70wt％，所述岩性为不等粒砂岩。
在本发明中，所述岩性分类图版的优选实施方式包括：A、在相对权重C＝0.4、第一主峰方差σ1＝0.85和第二主峰方差σ2＝2.2下，分别计算不同第一主峰均值、第二主峰均值的沉积粒度曲线；B、依据岩性命名规则，定义沉积粒度曲线下的人造岩心名称；C、绘制第一主峰均值、第二主峰均值在不同沉积粒度下的岩性分类图版，如图2所示，以绘制的岩性分类图版为依据，圈定出目标岩性的设计参数范围。
如图2所示，第一主峰均值决定了所述人造砂砾岩岩心的岩性，通过调整第二主峰的位置，即第二主峰均值由小到大变化，意味着增大细粒砂石的重量比例，相互堆积形成的孔隙更小，导致了人造岩心的渗透率越来越低。
根据本发明，优选地，所述砂石颗粒为Φ≤-1的砾石和/或Φ＞-1的砂石；进一步优选地，所述Φ≤-1的砾石为-6＜Φ≤-2的中砾和/或-2＜Φ≤-1的细砾；所述Φ＞-1的砂石选自-1＜Φ≤1的粗砂、1＜Φ≤2的中砂、2＜Φ≤3.32的细砂和3.32＜Φ≤6.64的粉砂中的至少一种。
根据本发明，优选地，步骤3)中所述渗透率标准曲线取决于所述岩性；进一步优选地，当所述岩性为砾岩和/或砂砾岩，所述渗透率标准曲线满足公式(II)：K＝aμ2 b，其中，K为气测渗透率，a和b均为拟合系数。如图3所示，人造砾岩和/或砂砾岩岩心的气测渗透率随着沉积粒度的增加呈幂指数形式下降。
进一步优选地，当所述岩性为含砾砂岩和/或砂岩，所述渗透率标准曲线满足公式(III)：
Figure BDA0002577254170000081
其中，K为气测渗透率，a和b均为拟合系数。如图4和图5所示，人造含砾砂岩岩心和人造砂岩心的气测渗透率随着沉积粒度的增加呈指数形式下降。
在本发明中，根据天然岩性的物性参数，确定人造砂砾岩岩心的相对权重、第一主峰方差、第二主峰方差；根据人造砂砾岩岩心的岩性，结合岩性分类图版，得到所述人造砂砾岩岩心的第一主峰均值；根据人造砂砾岩岩心的渗透率，结合岩性的渗透率标准曲线，确定所述人造砂砾岩岩心的二主峰均值。因此，根据相对权重、第一主峰方差、第一主峰均值、第二主峰方差、第二主峰均值，得到人造砂砾岩岩心的沉积粒度曲线；再根据所述沉积粒度曲线，得到所述砂石颗粒的粒径和重量含量。
根据本发明，优选地，步骤5)中，所述人造砂砾岩岩心的沉积粒度曲线中，横坐标沉积粒度满足公式(IV)：Φ＝-log2D，确定所述砂石颗粒的粒径；纵坐标概率百分数为所述砂石颗粒的重量含量。
一种优选实施方式，在人造砂砾岩岩心的沉积粒度曲线中，根据公式(IV)，确定所述砂石颗粒的粒径范围和重量含量比，进而根据粒径范围确定适合的矿石材料，其中，所述矿石材料选自河沙、石英砂和钾长石中的至少一种。
在本发明中，所述胶结剂以小颗粒的方式填充在孔隙内，与天然砂砾岩岩心的“泥质/杂基胶结”相类似，使孔隙结构更加接近于实际砂砾岩岩心。优选地，所述砂石颗粒、胶结剂与第二固化剂的重量比为100：13-20：3-8。
优选地，所述胶结剂的组成包括：硅酸盐水泥60-70重量份，第一固化剂25-35重量份，增强剂0-5重量份。
在本发明中，对硅酸盐水泥具有较宽的选择范围，所述硅酸盐水泥为本领域常规使用的水泥即可。优选地，所述硅酸盐水泥选自复合硅酸盐水泥600目、超细水泥800目、硅酸盐水泥400目和硅酸盐水泥600目中的至少一种。
优选地，所述第一固化剂和第二固化剂各自独立地为无机盐水溶液，其中，所述无机盐水溶液中，无机盐的浓度为0.1-1重量％，优选为0.3-0.6重量％；所述无机盐选自氯化钙、氯化镁、碳酸氢钠、氯化钠和碳酸钠中的至少一种。
优选地，所述增强剂为粘土和/或氟化铝，其中，所述粘土选自高岭土、蒙脱石、伊利石和绿泥石中的至少一种。当所述增强剂为粘土时，一方面可充分模拟地层中粘土对驱油效率及驱替剂渗流特征的影响，另一方面利用粘土含量可更进一步提高胶接强度。
当所述增强剂为氟化铝时，可充分利用铝原子与水泥固化形成的硅酸三钙(3CaO·SiO2)中的羟基相结合，竞争形成Si-O-Al键，饱和固化形成的空间网格结构中的羟基数量，部分抑制水泥石与水长期接触后发生膨胀，增加了人造物理模型在流动能力上的稳定性。
在本发明中，对所述成型的条件具有较宽的选择范围，只要将所述胶结剂与砂石颗粒成型即可。优选地，所述成型的条件包括：温度为10-40℃，压力为2-16MPa，时间为10-30min。
优选地，所述固化的条件包括：温度为10-40℃，时间为3-5天。
本发明的一种优选实施方式，将砂石颗粒与胶结剂按照100：13-20的重量比依次进行混合、成型和固化，并将固化后的产物进行切割，得到相应尺寸的人造岩心，如：柱状Φ38mm或长方岩心45×45×300mm，其中，所述人造岩心的外观示意图如图6所示，其中，a’为砂砾岩的岩心实物图，b’为含砾砂岩的岩心实物图，c’为砂砾岩铸体薄片图。
本发明第二方面提供一种第一方面提供的方法制得的人造砂砾岩岩心。
根据本发明，优选地，所述人造砂砾岩岩心的岩性选自砾岩、砂砾岩、含砾砂岩和砂岩中的至少一种。
优选地，所述人造砂砾岩岩心的气测渗透率为1-5000mD；其中，所述气测渗透率通过行业标准《SY/T 5336-2006岩石分析方法》中气体渗透率渗透率测得。
优选地，所述人造砂砾岩岩心的孔隙度为14-33％；其中，所述孔隙度通过行业标准《SY/T 5336-2006岩石分析方法》中的液体饱和法测得。
本发明第三方面提供一种第二方面提供的人造砂砾岩岩心在砂砾岩储集层物理模拟中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
所述人造砂砾岩岩心的气测渗透率通过行业标准《SY/T 5336-2006岩石分析方法》中气体渗透率渗透率测得；
所述人造砂砾岩岩心的孔隙度通过行业标准《SY/T 5336-2006岩石分析方法》中的液体饱和法测得。
实施例1
制备气测渗透率为100-150mD的含砾粗砂岩
(1)天然岩心的组成及颗粒粒度特征统计
天然岩心源于克拉玛依油田，采用SY/T 5434-2018行业标准测试天然岩心的沉积粒度曲线，如图1(a)所示，并通过公式(I)反演拟合确认研究区代表性的第一主峰方差σ1和第二主峰方差σ2，统计发现第一主峰的方差σ1在0.6-1.1之间，第二主峰的方差σ2在1.8-2.4之间，相对权重C在0.4-0.7之间。
(2)人造含砾粗砂岩岩心的岩性控制
根据岩性分类图版，制备岩性为含砾粗砂岩的人造岩心，需保证第一主峰均值μ1在-0.25至0.5，即，第一主峰均值μ1选择为0。
(3)含砾粗砂岩的气测渗透率控制
若选择胶结剂含量为16重量％，第一主峰均值μ1为0，第一主峰方差σ1为0.85；第二主峰方差σ2为2.2，相对权重C为0.4时，根据含砾砂岩渗透率与第二主峰均值的关系曲线如图4所示，公式(III)中的拟合系数a＝6918.8，b＝-2.105，此时满足：
Figure BDA0002577254170000111
且100≤K≤150，
得到1.827≤μ2≤2.012，即，第二主峰均值μ2选择为1.9。
(4)气测渗透率100-150mD的人造含砾粗砂岩岩心制备
确定人造砂砾岩岩心制作参数：C＝0.4，μ1＝0，μ2＝1.9，σ1＝0.85，σ2＝2.2，得到人造含砾粗砂岩岩心的沉积粒度曲线图1(b)，胶结剂含量为16重量％。
根据图1(b)，结合公式(IV)，得到砂石颗粒配比，即：称取3-10目河砂544g，10-20目河砂288g，20-40目河砂250g，40-60目河砂121g，60-100目河砂147g，100-200目石英砂169g，200-800目钾长石184g，混合均匀后，砂石颗粒总含量为1703g。
将600目超细水泥272g、氯化钙质量浓度为0.4重量％的水溶液130g，与上述的砂石颗粒混匀后装入模具，在25℃下，在5.11MPa的压实应力下压制10分钟初步成型，添加氯化钙质量浓度为0.4重量％的水溶液130g再持续固化3天，经钻取制得的Ф3.8×15cm的均质人造含砾粗砂岩岩心。
经测试，所述均质人造含砾粗砂岩岩心的气测渗透率为122mD，孔隙度为22.46％。
实施例2
制备气测渗透率为100-150mD的细砾岩
(1)天然岩心的颗粒粒度特征统计
细砾岩岩心样品源于克拉玛依油田，采用SY/T 5434-2018行业标准测试天然岩心的沉积粒度曲线，并通过公式(I)反演拟合确认研究区代表性的第一主峰方差σ1和第二主峰方差σ2，统计发现第一主峰的方差σ1在0.5-1.2之间，第二主峰的方差σ2在1.7-2.4之间，相对权重C在0.3-0.6之间。
(2)人造细砾岩的岩性控制
根据岩性分类图版，制备岩性为细砾岩的人造岩心，需保证第一主峰均值μ1在-1至-0.5之间，即，第一主峰均值μ1选择为-0.75。
(3)人造细砾岩的气测渗透率控制
若选择胶结剂含量为17重量％，第一主峰均值μ1为-0.75，第一主峰方差σ1为0.85；第二主峰方差σ2为2.2，相对权重C为0.4时，根据细砾岩渗透率与第二主峰均值的关系曲线如图3所示，公式(II)中的拟合系数a＝141.53，b＝-1.938，此时满足：K＝141.53μ2 -1.938，且100≤K≤150，得到：0.97≤μ2≤1.20，即，第二主峰均值μ2选择为1.1。
(4)气测渗透率100-150mD的人造细砾岩岩心制备
确定人造岩心制作参数：C＝0.4，μ1＝-0.75，μ2＝1.1，σ1＝0.85，σ2＝2.2，得到人造细砾岩岩心的沉积粒度曲线，胶结剂含量17重量％。
根据人造细砾岩岩心的沉积粒度曲线图，结合公式(IV)，得到砂石颗粒配比，即：称取3-10目河砂648g，10-20目河砂320g，20-40目河砂273g，40-60目河砂118g，60-100目河砂126g，100-200目石英砂122g，200-800目钾长石96g，混合均匀后，人造岩心颗粒总含量为1703g。
将600目超细水泥289g、氯化钙质量浓度为0.4重量％的水溶液130g，与上述的人造岩心颗粒混匀后装入模具，在25℃下，在5.11MPa的压实应力下压制15分钟初步成型，添加氯化钙质量浓度为0.4重量％的水溶液130g再持续固化3.5天，经钻取制得的Ф3.8×15cm的均质人造细砾岩岩心。
经测试，所述均质人造细砾岩岩心的气测渗透率为118mD，孔隙度为18.21％。
实施例3
制备气测渗透率为500-550mD的中砂岩
(1)天然岩心的颗粒粒度特征统计
中砂岩样品源于大庆油田，采用SY/T 5434-2018行业标准测试天然岩心的沉积粒度曲线，并通过公式(I)反演拟合确认取样区代表性的第一主峰方差σ1和第二主峰方差σ2，统计发现第一主峰的方差σ1在0.45-1.2之间，第二主峰的方差σ2在1.7-3.5之间，相对权重C在0.55-0.75之间。
(2)人造中砂岩的岩性控制
根据岩性分类图版，制备岩性为中砂岩的人造岩心，需保证第一主峰均值μ1在1-2之间，即，第一主峰均值μ1选择为1.35。
(3)人造中砂岩的气测渗透率控制
若选择胶结剂含量为16重量％，根据砂岩渗透率与第二主峰均值的关系曲线如图5所示，公式(III)中的拟合系数a＝8903.6，b＝-1.981，此时满足：
Figure BDA0002577254170000141
且500≤K≤550。
得到：1.40≤μ2≤1.45，即，第二主峰均值μ2选择为1.425。
(4)气测渗透率500-550mD的人造中砂岩岩心制备
确定人造岩心制作参数：C＝0.4，μ1＝1.35，μ2＝1.425，σ1＝0.85，σ2＝2.2，得到人造中砂岩岩心的沉积粒度曲线，胶结剂含量为16重量％。
根据人造中砂岩岩心的沉积粒度曲线，结合公式(IV)，得到砂石颗粒配比，即：称取10-20目河砂198g，20-40目河砂526g，40-60目河砂346g，60-100目河砂299g，100-200目石英砂196g，200-800目钾长石139g，混合均匀后，人造中砂岩岩心颗粒总含量为1703g。
将600目超细水泥272g、氯化钙质量浓度为0.4重量％的水溶液123g，与上述的人造岩心颗粒混匀后装入模具，在25℃下，在5.11MPa的压实应力下压制30分钟初步成型，添加氯化钙质量浓度为0.4重量％的水溶液130g再持续固化5天，经钻取制得的Ф3.8×15cm的均质人造中砂岩岩心。
经测试，所述均质人造中砂岩岩心的气测渗透率为535mD，孔隙度为25.5％。
根据实施例1-3可知，本发明将人造砂砾岩岩心的性质与砂石颗粒的配比结合起来，尤其是根据人造砂砾岩岩心的岩性和渗透率调控砂石颗粒的配比，实现对人造砂砾岩岩心的精准控制。
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 (10)

1.一种人造砂砾岩岩心的制备方法，其特征在于，该方法包括：将砂石颗粒与胶结剂依次进行混合、成型，再加入第二固化剂进行固化，得到人造砂砾岩岩心；
其中，所述砂石颗粒的配比根据所述人造砂砾岩岩心的性质来确定，所述人造砂砾岩岩心的性质包括：岩性和渗透率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述砂石颗粒的配比通过公式(I)进行调控，
Figure FDA0002577254160000011
其中，Φ为沉积粒度；C为相对权重，0≤C≤1；μ1为第一主峰均值，σ1为第一主峰方差；μ2为第二主峰均值，σ2为第二主峰方差。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述砂石颗粒的配比通过以下步骤进行调控：
1)将天然岩心的物性参数作为调控所述人造砂砾岩岩心的目标参数，包括：相对权重、第一主峰方差、第二主峰方差；
2)根据相对权重、第一主峰方差和第二主峰方差得到岩性分类图版，然后根据所述岩性分类图版，得到所述人造砂砾岩岩心的第一主峰均值；
3)根据所述岩性的渗透率标准曲线，得到所述人造砂砾岩岩心的第二主峰均值；
4)根据相对权重、第一主峰均值、第一主峰方差、第二主峰均值和第二主峰方差，得到所述人造砂砾岩岩心的沉积粒度曲线；
5)根据所述人造砂砾岩岩心的沉积粒度曲线，确定所述砂石颗粒的粒径与重量含量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤1)中，所述天然岩心的物性参数通过公式(I)反演拟合得到；
优选地，步骤2)中，所述岩性分类图版的制备包括以下步骤：
A、基于步骤1)中相对权重、第一主峰方差和第二主峰方差，通过调整第一主峰和第二主峰的相对距离，分别绘制相应的沉积粒度曲线；
B、基于所述沉积粒度曲线，分别统计不同沉积粒度的颗粒重量，并对相应岩心的岩性进行分类；
C、以第一主峰均值为横坐标、第二主峰均值为纵坐标，绘制不同沉积粒度的所述岩性分类图版。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤3)中所述渗透率标准曲线取决于所述岩性；
当所述岩性为砾岩和/或砂砾岩，所述渗透率标准曲线满足公式(II)：K＝aμ2 b，其中，K为气测渗透率，a和b均为拟合系数；
当所述岩性为含砾砂岩和/或砂岩，所述渗透率标准曲线满足公式(III)：
Figure FDA0002577254160000021
其中，K为气测渗透率，a和b均为拟合系数。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤5)中，所述人造砂砾岩岩心的沉积粒度曲线中，横坐标沉积粒度满足公式(IV)：Φ＝-log2D，确定所述砂石颗粒的粒径；纵坐标概率百分数为所述砂石颗粒的重量含量。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述砂石颗粒为Φ≤-1的砾石和/或Φ＞-1的砂石；
优选地，所述Φ≤-1的砾石为-6＜Φ≤-2的中砾和/或-2＜Φ≤-1的细砾；
优选地，所述Φ＞-1的砂石选自-1＜Φ≤1的粗砂、1＜Φ≤2的中砂、2＜Φ≤3.32的细砂和3.32＜Φ≤6.64的粉砂中的至少一种。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中，所述砂石颗粒、无机胶结剂与第二固化剂的重量比为100：13-20：3-8；
优选地，所述胶结剂的组成包括：硅酸盐水泥60-70重量份，第一固化剂25-35重量份，增强剂0-5重量份；
优选地，所述成型的条件包括：温度为10-40℃，压力为2-16MPa，时间为10-30min；
优选地，所述固化的条件包括：温度为10-40℃，时间为3-5天。
9.权利要求1-8中任意一项所述的方法制得的人造砂砾岩岩心；
优选地，所述人造砂砾岩岩心的岩性选自砾岩、砂砾岩、含砾砂岩和砂岩中的至少一种；
优选地，所述人造砂砾岩岩心的气测渗透率为1-5000mD；
优选地，所述人造砂砾岩岩心的孔隙度为14-33％。
10.权利要求9所述的人造砂砾岩岩心在砂砾岩储集层物理模拟中的应用。
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