CN112485096A - 用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法，其涉及地热工程实验领域，包括以下步骤：将纱布裁剪成小块并团成预设直径的纱布团；将石英砂、环氧树脂AB胶、导热原料分别放置于加热箱中进行预热；预热完成以后，将石英砂、环氧树脂AB胶、导热原料和纱布团根据第一预设配比装入容器中并进行混合形成胶砂混合物，在所述环氧树脂AB胶未出现明显固化前完成混合均匀；等等。本申请能够制作具有兼顾孔隙度、渗透率、导热系数、抗张强度和抗压强度的非均质岩样的模拟地层，以应用于室内地热试验中，从而进一步提高试验结果的精度。

Description

用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法

技术领域

本发明涉及地热工程实验领域，特别涉及一种用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法。

背景技术

现代工业中，经常采用室内试验模拟实际问题的方法来降低工程成本，促进生产高效、安全进行。在涉及到地层的相关研究中，岩样对试验最终结果起着决定性作用。常用岩样主要来源有工程现场获取和人工制备两种途径。其中，现场岩样成本较高，获取困难，目前地层岩样一般采用钻井取芯的方法获取，该过程需浪费大量的人力、物力和财力，并且所获取岩样受井筒直径限制体积通常较小，导致其难以大规模应用于试验研究。与之相比，人工制备岩样成本低，但用常规手段制作的岩样多为均质岩样，用其来进行模拟，试验结果与实际情况吻合度较现场岩样模拟结果差。随着地层测试技术的发展，例如石油行业的测井和试井等技术，运用人工制备岩样与实际地层岩样进行试验获得的模拟结果差别正逐步减小。

人工岩样制作方法为采用人工或液压机等将混合的固体颗粒(石英砂)、胶黏剂(环氧树脂AB胶)及其它成分压制成具有一定形状的固体。人工制备的岩样孔隙度、渗透率、导热系数、抗张强度和抗压强度等物性参数比较较为稳定，处于一个比较小的范围内。

因此，现有人工制备的岩样多为均质岩样，是为了简化试验所作的理想化处理。而实际地层在形成中由于经历了沉积、成岩及后期构造作用的综合影响，其空间分布及内部各种属性都存在极不均匀的变化，所以具有非均质岩样的模拟地层更符合地层实际状况。近年兴起的3D打印技术可以做非均质岩心，但是该方法制作成本高、维护成本高、周期长，一般适用于小尺度岩心如数字岩心，并不适用于大尺度试验岩心，另外对操作人员的技术要求高。因此需要提出新型高效、低成本的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法，其能够制作具有兼顾孔隙度、渗透率、导热系数、抗张强度和抗压强度的非均质岩样的模拟地层，以应用于室内地热试验中，从而进一步提高试验结果的精度。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法，包括以下步骤：

将纱布裁剪成小块并团成预设直径的纱布团；

将石英砂、环氧树脂AB胶、导热原料分别放置于加热箱中进行预热；

预热完成以后，将石英砂、环氧树脂AB胶、导热原料和纱布团根据第一预设配比装入容器中并进行混合形成胶砂混合物，在所述环氧树脂AB胶未出现明显固化前完成混合均匀；

将所述胶砂混合物分层铺于第一模具内，每铺一层所述胶砂混合物，就将该层所述胶砂混合物进行压实操作，在所述胶砂混合物分层铺于第一模具中的过程中，将用来模拟实际地层中的井的圆管放在胶砂混合物当中固定，并继续填充胶砂混合物直至填满第一模具，在第一模具中形成由多个岩样块构成的岩样，至少部分所述岩样块之间通过所述圆管串联在一起，由所述圆管串联在一起的所述岩样块之间具有间距；

将压实后装有所述胶砂混合物和圆管的第一模具放置于阴凉干燥处，静置满足要求的时间后将第一模具拆开得到一定导热系数、孔隙度、渗透率、抗张强度和抗压强度的岩样；

取所述岩样中的一个岩样块进行物性测试得到导热系数、孔隙度、渗透率、抗张强度和抗压强度的数值；

将水泥灰、石英砂和清水按照第二预设配比进行配比并混合均匀形成水泥；

在第二模具的特定位置放置已经制作完成的由所述圆管串联在一起的所述岩样块和多个独立的岩样块，并将具有圆管按照预设要求形状进行布置以模拟不同类型的井型；

将所述水泥倒入所述第二模具中，使得所述水泥淹没过由所述圆管串联在一起的所述岩样块和多个独立的岩样块，再插入振动器在不同位置进行振动；

将具有水泥的所述第二模具放置于阴凉位置，并采用清水覆盖表面的方式对其进行养护，满足要求时间后拆掉第二模具，具有非均质岩样的模拟地层制作完成。

优选地，将圆管的侧壁与岩样的接触处具有开孔以模拟实际井眼射孔的工况。

优选地，将具有圆管按照预设要求形状进行布置以模拟不同类型的井型，井型包括：直井、斜井、U型井、大位移井和多分支井。

优选地，利用两个相同的所述第一模具制作两个相同的岩样，其中一个岩样用于制作模拟地层，另一个岩样用于测量岩样的物性测试。

优选地，所述岩样中的岩样块的形状至少包括以下之一：立方体，长方体，椭球体，球体。

优选地，所述纱布团的预设直径在5mm至30mm之间。

优选地，制作岩样的石英砂的目数在10目至20目之间，制作岩样中的纱布团、石英砂、环氧树脂AB胶的质量比范围在1:50:100-5:50:100之间；所述环氧树脂AB胶中环氧树脂A胶与B胶混合比例为1:1。

优选地，当模拟的井型为U型井时，将圆管弯折呈U型；当模拟的井型为直井时，将圆管呈竖直状；当模拟的井型为斜井时，将圆管呈倾斜状态；当模拟的井型为多分支井时，将多个圆管呈交叉状；当模拟的井型为大位移井时，将圆管呈弯曲状。

优选地，将石英砂、环氧树脂AB胶、导热原料分别放置于加热箱中进行预热至70度至75度。

优选地，在所述第一模具的内侧壁粘贴透明胶布，再将所述胶砂混合物分层铺于所述第一模具内。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

1、具有非均质岩样的模拟地层制作速度快、效率高、成本低。使用石英砂、纱布团、导热原料和环氧树脂AB胶混合制作岩样可以在短时间内完全固化，一般可以达到2至3天内，且此过程中不需要维护工作，如此大大提高了制作效率，减少了试验准备时间。与3D打印等高精度方法相比，制作成本低，周期短，对操作人员技术要求不高，后期维护简单。2、制作出的非均质岩样可调节性强。可以采用本申请的方法制作不同物性、形状和尺度的岩样，利用不同类型的石英砂(目数、形状、强度、材料等)、不同类型的导热原料、不同的环氧树脂AB胶(胶的比例、用量等)，不同直径和数量的纱布团，四者以不同的形式组合可以制作不同物性(导热系数、孔隙度、渗透率、抗拉强度、抗压强度等)的岩样；另外可以改用不同的第一模具，从而制作不同尺寸和形状的岩样。3、本申请中的用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法推广性强。除在地热试验领域，在油气、污染物埋藏和CO2埋藏等地下工程领域的试验研究也可应用，本发明提出的模拟地层的制作方法可以作为以上研究的试验材料基础。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明实施例中用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法的流程图；

图2a至图2e为本发明实施例中模拟不同类型的井型的示意图；

图3为本发明实施例中具有非均质岩样的模拟地层制作完成后的示意图。

以上附图的附图标记：

1、圆管；2、岩样块；3、开孔；4、水泥；100、模拟地层。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了能够制作具有兼顾孔隙度、渗透率、导热系数、抗张强度和抗压强度的非均质岩样的模拟地层，以应用于室内地热试验中，从而进一步提高试验结果的精度，在本申请中提出了一种用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法，图1为本发明实施例中用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法的流程图，如图1所示，用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法包括以下步骤：

S101：将纱布裁剪成小块并团成预设直径的纱布团。

准备石英砂，环氧树脂AB胶，水泥灰，清水，纱布等原料；准备石墨粉、铁粉等不同导热性能的导热原料；准备第一模具，搅拌器，振动器，加热箱，容器，铁锹，透明胶布和木柄圆头锤等工具。

将第一模具拆卸，确定石英砂与第一模具的接触面，在所述第一模具的内侧壁粘贴满透明胶布，保证可能接触的表面被胶布完全覆盖，然后将拆卸的第一模具装回原样，目的是防止后期未完全胶结的石英砂通过环氧树脂AB胶与第一模具内表面粘连，进而影响第一模具的重复使用。将纱布裁剪成小块并团成预设直径的纱布团，所述纱布团的预设直径一般在5mm至30mm之间。纱布团的预设直径控制在该范围内可以显著改变小岩样的孔隙度，如果直径太大或太小均无法均匀的混合在小岩样中，且人为不易控制和实现。选择纱布制作纱布团的原因主要有以下几点：一、纱布廉价，可显著降低岩样制作成本；二、纱布可塑性较强，可制作不同形状、不同尺寸、不同压实程度的物体，可模拟储层中孔隙的各种性质，如形状(纱布形状)，大小(纱布尺寸)，通过能力(压实程度)；三、纱布可吸收一定的水分和原油，可定量模拟残余油和孔隙当中的水。作为可行的，可以将纱布用水和/或原油浸湿，放到模具中团成一定形状，再放到冷冻装置中冷藏，待其定型后取出进行使用，上述操作下制作呈的具有非均质岩样的模拟地层可以于模拟含油储层的两相流渗流传热。

其中，制作岩样的石英砂的目数在10目至20目之间；所述环氧树脂AB胶中环氧树脂A胶与B胶混合比例大体为1:1。

S102：将石英砂、环氧树脂AB胶、导热原料分别放置于加热箱中进行预热。

将石英砂、导热原料和环氧树脂AB胶分别放于加热箱中，放置时间为3小时，放置温度为70℃至75℃之间，3小时后将石英砂与环氧树脂AB胶从加热箱取出。加热箱加热可降低环氧树脂AB胶的粘度，加速其流动以充分接触石英砂。加热箱加热石英砂和导热原料，目的是为环氧树脂AB胶提供自由粘附环境，保证原料在搅拌时实现充分混合。

S103：预热完成以后，将石英砂、环氧树脂AB胶、导热原料和纱布团根据第一预设配比装入容器中并进行混合形成胶砂混合物，在所述环氧树脂AB胶未出现明显固化前完成混合均匀。

预热完成以后，根据第一预设配比将将石英砂、环氧树脂AB胶、导热原料和纱布团装入容器中，将搅拌器插入已装有原料的容器中，以搅拌器最快档位搅拌容器中的石英砂、纱布团、导热原料与环氧树脂AB胶，同时顺时针或逆时针旋转搅拌器以扰动容器中原料，快速顺时针或逆时针移动搅拌器可保证环氧树脂AB胶还未出现明显固化前完成与石英砂、导热原料、纱布团的均匀混合并进行混合形成胶砂混合物。第一预设配比为制作岩样中的纱布团、石英砂、环氧树脂AB胶的质量比范围在1:50:100-5:50:100之间。在第一预设配比中导热原料与石英砂的质量比例控制在1:200-1:300之间，这样就可以产生不同导热性能的均质小岩样。

搅拌过程中观察石英砂颗粒表面状态和环氧树脂AB胶固化状态，当石英砂表面被环氧树脂AB胶完全包裹，并且环氧树脂AB胶还未出现明显固化时，说明两者已混合均匀，此时即可取出胶砂混合物。

若环氧树脂AB胶粘度依然过大，可加入3％至5％无水乙醇或者丙酮稀释胶液进行降粘，此时就无需预热，可直接将石英砂，环氧树脂AB胶，按环氧树脂AB胶的体积3％至5％计算得到的无水乙醇或者丙酮相对应的体积一起放入容器中进行混合。降粘的同时，还可以缓解胶结时间，便于有充足的时间进行搅拌混合，防止因为胶结固化、混合不均匀导致后期制作的岩样中有块状颗粒物出现。

利用不同类型的石英砂(目数、形状、强度、材料等)、环氧树脂AB胶(配比、用量等)，不同直径和数量的纱布团，三者以不同的形式组合可以制作不同物性(导热系数、孔隙度、渗透率、抗拉强度、抗压强度)的岩样。实际操作中可根据研究地层特性和试验需求来确定对应的纱布团、石英砂、导热原料和环氧树脂AB胶的配比选择，纱布团直径和数量的不同可以模拟岩样中孔隙度的不同，进而影响岩样的导热系数和渗透率，具体为可以降低岩样的导热系数。这是因为纱布团中间空隙较大存在一部分空气，空气导热和固体导热存在较大区别。导热原料的加入可以进一步改变岩样的导热系数，具体为可以提高岩样的导热系数，导热原料加入量越多，岩样的导热系数越大。由于纱布团、石英砂、导热原料和环氧树脂AB胶的配比不同，制作的岩样的抗拉强度、抗压强度也会随之改变不同。

S104：将所述胶砂混合物分层铺于第一模具内，每铺一层所述胶砂混合物，就将该层所述胶砂混合物进行压实操作，在所述胶砂混合物分层铺于第一模具中的过程中，将用来模拟实际地层中的井的圆管放在胶砂混合物当中固定，并继续填充胶砂混合物直至填满第一模具，在第一模具中形成由多个岩样块构成的岩样，至少部分所述岩样块之间通过所述圆管串联在一起，由所述圆管串联在一起的所述岩样块之间具有间距。

在本步骤中，将胶砂混合物分层均铺于第一模具内，使用木柄圆头锤压实每一层胶砂混合物。第一模具中可以形成多层胶砂混合物，例如每一层胶砂混合物在后期可以形成一个岩样块。当胶砂混合物铺满部分体积的第一模具时，应将不同形状的圆管插入胶砂混合物中固定。其中，图2a至图2e为本发明实施例中模拟不同类型的井型的示意图，如图2a至图2e所示，将圆管的侧壁与岩样(胶砂混合物)的接触处具有开孔以模拟实际井眼射孔的工况。不同形状的圆管插入胶砂混合物中固定以后，继续填充胶砂混合物直至其完全填满整个第一模具。如图2a至图2e所示，在第一模具中形成由多个岩样块构成的岩样，至少部分所述岩样块之间通过所述圆管串联在一起，由所述圆管串联在一起的所述岩样块之间具有间距。圆管的不同形状则模拟不同井型。通过第一模具制作的岩样中的岩样块可以具有不同的形状，形状至少包括以下之一：立方体，长方体，椭球体，球体等等。

S105：将压实后装有所述胶砂混合物和圆管的第一模具放置于阴凉干燥处，静置满足要求的时间后将第一模具拆开得到一定导热系数、孔隙度、渗透率、抗张强度和抗压强度的岩样。

将压实后装有所述胶砂混合物和圆管的第一模具放置于阴凉干燥位置，静置24小时后，将模具拆开，即可得到一定导热系数、孔隙度、抗张强度和抗压强度的岩样。

岩样由石英砂、环氧树脂AB胶、导热原料和纱布团按照比例混合均匀后制作而成，所以该岩样可以看做是均质的。统一直径的纱布团，其范围可以在5mm-30mm间，但制作一个岩样时尽量采用统一的一个直径，这样可以保证小岩样的均质性。纱布团、石英砂、AB胶的质量比在1:50：100-5:50:100间变化，小岩样的孔隙度将在一定范围内变化，渗透率和力学性质都直接与孔隙度有关，二者的数值范围也在一定范围变化。

S106：取所述岩样中的一个岩样块进行物性测试得到导热系数、孔隙度、渗透率、抗张强度和抗压强度的数值。

取所述岩样中的一个岩样块进行物性测试，例如可以使用TC3200导热系数仪测量导热系数，测量范围0.001-20(W/m²*K)，分辨率0.0005(W/m²*K)，测量方法可以采用瞬态热线性方法；可以使用KXD-III型氦气孔隙度测定仪测定水泥石孔隙度，测定温度是20℃，压力1.2Mpa；可以使用PDP-200型气体渗透率测量仪测定岩样的渗透率，测量方法可以采用稳态法；可以使用三轴抗压强度测试试验法得到岩样抗压强度和抗张强度。

在一种优选的实施方式中，可以利用两个相同的所述第一模具制作两个相同的岩样，其中一个岩样用于制作模拟地层，另一个岩样用于测量岩样的物性测试。由于岩样中岩样块的位置不同，不同位置处的岩样块的物性可能不同，如果采用上述方法测量，单一的某一个位置处的岩样块测量得到的物性参数可能不够精确。在该优选的实施方式中，可以在另外一个岩样中对其不同位置处的每一个岩样块进行测量，从而得到不同位置处的岩样块的物性参数。这样就避免了因位置不同而对测量得到的单一岩样块的物性参数造成影响。

S107：将水泥灰、石英砂和清水按照第二预设配比进行配比并混合均匀形成水泥。

为了制作地层的除去岩样的其它区域需要的水泥，将水泥灰、石英砂和清水按照第二预设配比进行配比并混合均匀形成水泥，通常而言，第二预设配比大体可以为2:2:1。

将相同体积水泥灰和石英砂倒于地面，使用铁锹搅拌使其充分混合，直至观察到白色石英砂与灰色水泥灰均匀分布；将水泥灰与石英砂混合物围成圆形，中间挖平，周围隆起，倒入水泥灰(或石英砂)一半体积清水，直至清水和水泥灰及石英砂混合均匀。在清水倾倒时，需分多次进行，每倾倒一次，就将中心位置灰砂混合物与清水混合，直至将清水全部倒入，混合均匀的最终状态应是清水完全进入并浸透灰砂混合物且不会出现大块颗粒。

S108：在所述第二模具的特定位置放置已经制作完成的由所述圆管串联在一起的所述岩样块和多个独立的岩样块，并将具有圆管按照预设要求形状进行布置以模拟不同类型的井型。

在所述第二模具的特定位置放置已经制作完成的由所述圆管串联在一起的所述岩样块和多个独立的岩样块，并将具有圆管按照预设要求形状进行布置以模拟不同类型的井型。如图2a所示，当模拟的井型为U型井时，将圆管弯折呈U型；如图2c所示，当模拟的井型为直井时，将圆管呈竖直状；如图2d所示，当模拟的井型为斜井时，将圆管呈倾斜状态；如图2e所示，当模拟的井型为多分支井时，将多个圆管呈交叉状，竖直方向设置的圆管用于模拟为直井的主井；当模拟的井型为大位移井时，将圆管呈弯曲状。不同类型的井型可用于开式、闭式等生产方式的研究，开式是指循环流体直接与热储接触，闭式是指循环流体始终在井筒内，通过井壁与热储换热，因此，岩样的导热系数与研究息息相关。

作为优选地，在将圆管放入第二模具倒入水泥之前，可在圆管周围预先凝固一段水泥，可以采用高导水泥，如此，可以用来模拟实际过程中的固井水泥。

S109：将所述水泥倒入第二模具中，使得所述水泥淹没过由所述圆管串联在一起的所述岩样块和多个独立的岩样块，再插入振动器在不同位置进行振动。

图3为本发明实施例中具有非均质岩样的模拟地层制作完成后的示意图，如图3所示，将混合均匀的水泥缓慢倒入第二模具中，并使之前放置的由所述圆管串联在一起的所述岩样块和多个独立的岩样块位置保持固定，然后将水泥近似填满模具；插入振动器振动，其作用为使水泥密实地填充整个模具，后抽出振动器，利用地面剩余水泥填满整个模具，振动时，要分不同位置进行振动，每个位置可以振动1分钟至2分钟，总计可以振动12至15分钟左右。

此外，这些均质的独立的岩样块由于空间分布的随机性，所以会产生空间非均质性，因此导致了孔隙度、渗透率、导热系数和力学性质的空间非均质性。由于地下是一个黑箱，理论上难以表征真实的空间非均质岩样。但是，地下的属性一般服从一定的概率分布，蒙特卡罗法就是基于随机变量分布的思想，产生一系列符合自然界分布规律的数值，如裂隙位置、缝宽大小、岩样位置等。采用蒙特卡洛方法产生符合一定分布的小岩样布置方案，即岩样的大小和位置服从概率分布。如，小岩样的大小服从一维正态分布，小岩样的空间分布位置服从三维正态分布，这些分布有均值和方差等统计学参数，当统计学参数不一样时，产生的分布不一样，最终产生的布置方案也不一样，对应的空间非均质性也不一样。值得注意的是这种方法产生的岩样具有固定的大小和三维坐标，以及确定的非均质系数。因此，可以依据蒙特卡洛方法产生的布置方案，制作相应大小的岩样块，并将其布置在后期第二模具制作的非均质大岩样内，进行循环注采试验，模拟不同空间非均质性下地热井的产能。

上述方法制作的岩样可以作为非均质岩样地热产能试验或者非均质岩样压裂试验的基体。常规方法制作的岩样要么是均质的，要么是无法表征的非均质性，以常规岩样试验，无法准确得出空间非均质性对产能或者压裂试验影响规律。

S110：将具有水泥4的所述第二模具放置于阴凉位置，并采用清水覆盖表面的方式对其进行养护，满足要求时间后拆掉第二模具，具有非均质岩样的模拟地层制作完成。

在四种材料相同配比条件下，所产生的岩样物性值在一定误差范围内是相同的，如此可以制作高孔高渗流的岩样，让井筒穿过这样的岩样或者在井筒附近布置这样的小岩样，通过这样布置，可以模拟井筒附近压裂改造后的地热产能情况，改变岩样与井筒的相对方位，可以模拟井筒附近定向压裂改造后的地热产能情况。而在第二模具制作得到的一整块大岩样在一定程度上代表了地下储层，小岩样与大岩样的组合可以代表空间非均质性已知的岩样，常规方法制作岩样要么整体均质的、要么是非均质性随机且未知的。本方法制作出的岩样可以表征非均质性已知的岩样。非均质岩样作为循环取热实验和压裂实验的基体，试验研究空间非均质性对地热产能和储层压裂的影响。

具有水泥4的所述第二模具放置于25度左右的阴凉位置，并每天定期采用清水覆盖水泥4表面的方式对其进行养护，使其保持一定的湿度，水泥放置4周左右后，拆掉模具，具有非均质岩样的模拟地层制作完成。

将岩样浇筑在水泥中，可以模拟实际热储地层的各向非均质性。由于岩样是通过几何空间测量而放置的，因此这种非均质性质是空间已知的。在实际热储地层中，不同位置可能孔隙度，渗透率等差异较大，岩样的上述特征可在浇筑之前进行测定，这样就可以定量的掌握所浇筑的具有非均质岩样的模拟地层的具体性质，对于后期实验的开展，流动规律分析具有重要意义。所以在本申请中可以人为定义非均质度，并且这种非均质度在模拟地层制作好后是已知的，因此可以研究非均质属性对最后试验结果的影响。

本申请中的用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法主要具备以下优点：1、具有非均质岩样的模拟地层制作速度快、效率高、成本低。使用石英砂、纱布团、导热原料和环氧树脂AB胶混合制作岩样可以在短时间内完全固化，一般可以达到2至3天内，且此过程中不需要维护工作，如此大大提高了制作效率，减少了试验准备时间。与3D打印等高精度方法相比，制作成本低，周期短，对操作人员技术要求不高，后期维护简单。2、制作出的非均质岩样可调节性强。可以采用本申请的方法制作不同物性、形状和尺度的岩样，利用不同类型的石英砂(目数、形状、强度、材料等)、不同类型的导热原料、不同的环氧树脂AB胶(胶的比例、用量等)，不同直径和数量的纱布团，四者以不同的形式组合可以制作不同物性(导热系数、孔隙度、渗透率、抗拉强度、抗压强度等)的岩样；另外可以改用不同的第一模具，从而制作不同尺寸和形状的岩样。3、本申请中的用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法推广性强。除在地热试验领域，在油气、污染物埋藏和CO2埋藏等地下工程领域的试验研究也可应用，本发明提出的模拟地层的制作方法可以作为以上研究的试验材料基础。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

将纱布裁剪成小块并团成预设直径的纱布团；

将石英砂、环氧树脂AB胶、导热原料分别放置于加热箱中进行预热；

预热完成以后，将石英砂、环氧树脂AB胶、导热原料和纱布团根据第一预设配比装入容器中并进行混合形成胶砂混合物，在所述环氧树脂AB胶未出现明显固化前完成混合均匀；

将所述胶砂混合物分层铺于第一模具内，每铺一层所述胶砂混合物，就将该层所述胶砂混合物进行压实操作，在所述胶砂混合物分层铺于第一模具中的过程中，将用来模拟实际地层中的井的圆管放在胶砂混合物当中固定，并继续填充胶砂混合物直至填满第一模具，在第一模具中形成由多个岩样块构成的岩样，至少部分所述岩样块之间通过所述圆管串联在一起，由所述圆管串联在一起的所述岩样块之间具有间距；

将压实后装有所述胶砂混合物和圆管的第一模具放置于阴凉干燥处，静置满足要求的时间后将第一模具拆开得到一定导热系数、孔隙度、渗透率、抗张强度和抗压强度的岩样；

取所述岩样中的一个岩样块进行物性测试得到导热系数、孔隙度、渗透率、抗张强度和抗压强度的数值；

将水泥灰、石英砂和清水按照第二预设配比进行配比并混合均匀形成水泥；

在第二模具的特定位置放置已经制作完成的由所述圆管串联在一起的所述岩样块和多个独立的岩样块，并将具有圆管按照预设要求形状进行布置以模拟不同类型的井型；

将所述水泥倒入所述第二模具中，使得所述水泥淹没过由所述圆管串联在一起的所述岩样块和多个独立的岩样块，再插入振动器在不同位置进行振动；

将具有水泥的所述第二模具放置于阴凉位置，并采用清水覆盖表面的方式对其进行养护，满足要求时间后拆掉第二模具，具有非均质岩样的模拟地层制作完成。

2.根据权利要求1所述的用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法，其特征在于，将圆管的侧壁与岩样的接触处具有开孔以模拟实际井眼射孔的工况。

3.根据权利要求1所述的用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法，其特征在于，将具有圆管按照预设要求形状进行布置以模拟不同类型的井型，井型包括：直井、斜井、U型井、大位移井和多分支井。

4.根据权利要求1所述的用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法，其特征在于，利用两个相同的所述第一模具制作两个相同的岩样，其中一个岩样用于制作模拟地层，另一个岩样用于测量岩样的物性测试。

5.根据权利要求1所述的用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法，其特征在于，所述岩样中的岩样块的形状至少包括以下之一：立方体，长方体，椭球体，球体。

6.根据权利要求1所述的用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法，其特征在于，所述纱布团的预设直径在5mm至30mm之间。

7.根据权利要求1所述的用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法，其特征在于，制作岩样的石英砂的目数在10目至20目之间，制作岩样中的纱布团、石英砂、环氧树脂AB胶的质量比范围在1:50:100-5:50:100之间；所述环氧树脂AB胶中环氧树脂A胶与B胶混合比例为1:1。

8.根据权利要求3所述的用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法，其特征在于，当模拟的井型为U型井时，将圆管弯折呈U型；当模拟的井型为直井时，将圆管呈竖直状；当模拟的井型为斜井时，将圆管呈倾斜状态；当模拟的井型为多分支井时，将多个圆管呈交叉状；当模拟的井型为大位移井时，将圆管呈弯曲状。

9.根据权利要求1所述的用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法，其特征在于，将石英砂、环氧树脂AB胶、导热原料分别放置于加热箱中进行预热至70度至75度。

10.根据权利要求1所述的用于地热试验的具有非均质岩样的模拟地层的制作方法，其特征在于，在所述第一模具的内侧壁粘贴透明胶布，再将所述胶砂混合物分层铺于所述第一模具内。

Images