CN113526904B - 一种应力敏感地震物理模型材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应力敏感地震物理模型材料，包括环氧树脂；固化剂；硅橡胶；交联剂；石英砂。其制备方法包括：(1)把环氧树脂及硅橡胶、固化剂和交联剂分别进行预热；(2)在固化模具内表面涂抹硅橡胶固化；(3)将环氧树脂与硅橡胶进行充分地均匀搅拌，然后在其中按照比例添加固化剂和交联剂后再次充分地搅拌均匀；(4)将步骤3中原料与石英砂进行均匀混合后放入磨具中，利用压机在设定恒压下压制后卸压；(5)将模具固后即可脱模取出。本发明通过环氧树脂与硅橡胶混合胶结石英砂的方法，利用环氧树脂和硅橡胶所占比例的不同，可以制备出在模拟应力条件下纵波速度变化范围在0m/s‑500m/s之间的地震物理模型材料。
Description
技术领域
本发明涉及地震物理模型材料领域，更具体的涉及到一种应力敏感地震物理模型材料及其制备方法。
背景技术
在致密油藏勘探开发过程中，通过确定地应力大小及方向可以预测裂缝的发育情况，从而为油藏开发设计提供最优方案。针对地应力变化所引起的地震响应变化规律，目前均是基于数值模拟技术开展研究工作。数值模拟技术模拟应力场是建立在薄板模型假设基础上的，认为所研究的地层是均匀连续、各向同性、完全弹性的，并认为地层的形成是完全由构造应力所形成的。可以看出，针对地应力地震响应的数值模拟技术存在着诸多假设。与数学模拟方法相比，物理模拟方法能更加真实地实现对模型介质中声波或弹性波传播规律的观测，从而推断地震波在实际地层构造和地质体中传播的波场特征，更加有利于解释地应力引起的地震响应特征规律。
在进行地震物理模拟的过程中，为了使所得模拟结果的运动学特征与实际地质构造地质体中的地震波运动学特征保持一致，必须使物理模型的尺寸和速度、密度等参数与实际地质构造地质体的尺寸和速度、密度等参数呈一定的比例关系，即地震物理模拟几何相似性原理。目前地震物理模型所采用的尺度比例因子通常为1:10000，即物理模型的1毫米代表实际地质体尺度为10米；而速度比通常为1:1或者1:2。
目前，地震物理模型的材料来源可分为两种，一种是固体工业板材，另一种是可成型材料。常用于物理模型制作的工业板材有铝材、树脂板、有机玻璃、石蜡等，通过对工业板材进行机械加工,即可获得较精确的几何构造。可成型材料是指一些液态或粉状材料混合物，通过添加固化剂或改变温度的方式下变成固体，这类模型材料具有良好的均匀性和可塑性，能够方便的制作复杂构造物理模型。环氧树脂和硅橡胶是最常用的适合于构建地震物理模型的可成型材料。魏建新（2006）对这两种可成型混合材料速度进行过详细研究，他指出将两种材料按不同的量进行混合,固化后的混合材料速度在1000-2600m/s之间变化。裴宇翀（2017）通过在环氧树脂中掺杂硅微粉或者滑石粉等方法将固化后材料速度上限提高到3000m/s左右。
从专利及文献调研情况来看，已有的物理模型材料均不具备应力敏感性，即施加模拟应力后其物性参数很难出现明显改变，难以模拟应力对实际地层物性参数的影响作用，因此应力敏感模型材料的研发是实现地应力地震响应规律物理模拟研究的重要基础。
在地应力研究中，通过物理模拟测试，构建地应力与地震响应的关系，能够更加明确地揭示地应力地震响应机制，为地应力地震预测提供理论指导。以往的物理模型可成型材料，多采用在环氧树脂等可塑有机材料中添加滑石粉、硅粉等无机材料，固化后的模型材料在模拟地应力下（0.5MPa-2MPa范围内）其物性参数并不能出现明显变化，难以模拟地应力对实际地层的物性参数影响规律。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种应力敏感地震物理模型材料及其制备方法，其利用在软质、硬质有机材料混合胶结石英砂的方式，能够实现模拟应力条件下物性参数出现明显变化的模型材料，研制的应力敏感模型材料在2MPa水平应力差下纵波速度变化范围能够达到500m/s，为地应力地震响应物理模拟研究奠定了基础。
本发明的技术方案：
本发明的技术方案首先是一种应力敏感地震物理模型材料，包括以下组分：
环氧树脂 0-30重量份；
固化剂 0-6重量份；
硅橡胶 30-60重量份；
交联剂 10-25重量份；
石英砂 1000重量份。
上述方案进一步包括：
所述环氧树脂为粘度在9000-13000mPas范围的环氧树脂。所述环氧树脂为E-51型环氧树脂。
所述固化剂为分子量1000～1500，浅黄色黏稠状液体，密度(40℃)0.92～0.99g/cm3;胺值200～240mg KOH/g。所述固化剂为593型固化剂。
所述硅橡胶为透明硅橡胶。
所述交联剂为正硅酸酯类交联剂；所述石英砂的粒径范围为40-400目。
所述交联剂为正硅酸乙酯；所述石英砂的粒径范围为60-200目。
本发明的技术方案其次是一种应力敏感地震物理模型材料的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)材料准备:根据模型用料的需求，把环氧树脂及硅橡胶置于45-55℃保温箱预热1.5-2.5小时，固化剂、交联剂置于35-45℃保温箱预热1.5-2.5小时；
(2)模具处理:在物理模型固化模具内表面涂抹硅橡胶，待硅橡胶固化后完成模具处理；
(3)材料混合:按配方要求对材料称重，首先将环氧树脂与硅橡胶进行充分地均匀搅拌，然后在其中按照比例添加固化剂和交联剂后再次充分地搅拌均匀；
(4)胶结石英砂：将步骤3中原料与石英砂进行均匀混合后放入磨具中，利用压机在设定恒压下压制5-15分钟后卸压；
(5)固化过程:将模具置于常温室内20-30小时，随后放入45-55℃保温箱内固化40-55小时，随后即可脱模取出。
更进一步的，一种应力敏感地震物理模型材料的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)材料准备:根据模型用料的需求，把环氧树脂及硅橡胶置于50℃保温箱预热2个小时，固化剂、交联剂置于40℃保温箱预热2个小时；
(2)模具处理:在物理模型固化模具内表面涂抹硅橡胶，待硅橡胶固化后完成模具处理；
(3)材料混合:按配方要求对材料称重，首先将环氧树脂与硅橡胶进行充分地均匀搅拌，然后在其中按照比例添加固化剂和交联剂后再次充分地搅拌均匀；
(4)胶结石英砂：将步骤（3）中原料与石英砂进行均匀混合后放入磨具中，压机10MPa恒压下压制10分钟后卸压；
(5)固化过程:将模具置于常温室内24小时，随后放入50℃保温箱内固化48小时，随后脱模取出即完成制作。
发明的效果
本发明通过环氧树脂与硅橡胶混合胶结石英砂的方法，利用环氧树脂和硅橡胶所占比例的不同，可以制备出在模拟应力条件下纵波速度变化范围在0m/s-500m/s之间的地震物理模型材料，本发明实现了应力敏感物理模型材料的研制，为地应力地震响应规律物理模拟研究奠定了基础。
附图说明
图1为模型材料应力施加及纵波速度测试示意图；
图2为2MPa水平应力差下不同比例模型材料纵波速度变化图。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
综合实施例1
一种应力敏感地震物理模型材料，其通过环氧树脂与硅橡胶混合胶结石英砂的方法，利用环氧树脂和硅橡胶所占比例的不同，可以制备出在模拟应力条件下纵波速度变化范围在0m/s-500m/s之间的地震物理模型材料。
所述物理模型材料包括以下组分：
环氧树脂 0-30重量份；
593型固化剂 对应环氧树脂重量份20%的重量份；
硅橡胶 60-30重量份；
交联剂 对应硅橡胶重量份4%的重量份；
石英砂 1000重量份。
环氧树脂优选为粘度在9000-13000mPas范围的环氧树脂，更优选E-51型环氧树脂。
593型固化剂分子量1000～1500，浅黄色黏稠状液体，密度(40℃)0.92～0.99g/cm3;胺值200～240mg KOH/g。593型固化剂是一种环氧树脂韧性固化剂，固化条件为室温下2至5天或65℃下4h。
硅橡胶优选为透明硅橡胶；
交联剂为正硅酸酯类交联剂；优选正硅酸乙酯；
石英砂的粒径范围优选40-400目，更优选60-200目。
综合实施例2
一种所述应力敏感地震物理模型材料的制备方法，可优选的按照以下步骤进行：
(1)材料准备:根据模型用料的需求，把一定量的环氧树脂及硅橡胶置于50℃保温箱预热2个小时，一定量593型固化剂、交联剂置于40℃保温箱预热2个小时；
(2)模具处理:在物理模型固化模具内表面涂抹硅橡胶，待硅橡胶固化后完成模具处理；
(3)材料混合:按配方要求对材料称重，首先将环氧树脂与硅橡胶进行充分地均匀搅拌，然后在其中按照比例添加593型固化剂和交联剂后再次充分地搅拌均匀；
(4)胶结石英砂：将步骤（3）中原料与石英砂进行均匀混合后放入磨具中，压机10MPa恒压下压制10分钟后卸压；
(5)固化过程:将模具置于常温室内24小时，随后放入50℃保温箱内固化48小时，随后脱模取出即完成制作。
实施例3：
一种应力敏感地震物理模型材料2MPa水平应力差下垂向纵波速度变化幅度为410m/s的材料配方按重量份计算：
环氧树脂 10
硅橡胶 50
593型固化剂 2
交联剂 2
石英砂 1000
制备方法是将环氧树脂和硅橡胶置于50℃保温箱预热2个小时，593固化剂和交联剂置于40℃保温箱预热2个小时；
按配方要求称取材料后，首先将环氧树脂与硅橡胶进行充分地搅拌均匀；
将593固化剂、交联剂加入上述材料中，然后搅拌使其充分混合均匀；
将上述材料与石英砂充分后放入模具，压机10MPa恒压压制10分钟后卸压；
将置于常温室内24小时，随后放入50℃保温箱内固化48小时，随后脱模取出固化后的模型材料。
实施例4：
一种应力敏感地震物理模型材料2MPa水平应力差下垂向纵波速度变化幅度为298m/s的材料配方按重量份计算：
环氧树脂 15
硅橡胶 45
593型固化剂 3
交联剂 1.8
石英砂 1000
实施例5：
一种应力敏感地震物理模型材料2MPa水平应力差下垂向纵波速度变化幅度为203m/s的材料配方按重量份计算：
环氧树脂 20
硅橡胶 40
593型固化剂 4
交联剂 1.6
石英砂 1000
实施例6：
一种应力敏感地震物理模型材料2MPa水平应力差下垂向纵波速度变化幅度为125m/s的材料配方按重量份计算：
环氧树脂 25
硅橡胶 35
593型固化剂 5
交联剂 1.4
石英砂 1000
实施例7：
一种应力敏感地震物理模型材料2MPa水平应力差下垂向纵波速度变化幅度为50m/s
环氧树脂 30
硅橡胶 30
593型固化剂 6
交联剂 1.2
石英砂 1000
对比例：
一种模型材料2MPa水平应力差下垂向纵波速度变化幅度为0m/s的材料配方按重量份计算：
环氧树脂 60
593型固化剂 12
石英砂 1000
实施例3-7所用原料：
环氧树脂E51 上海树脂厂；
硅橡胶107 上海树脂厂；
593型固化剂 上海树脂厂；
交联剂：正硅酸乙酯 上海树脂厂；
石英砂 目数范围60-100目 产地河北。
实施例4-7的制备方法同实施例3。
Claims (9)
1.一种应力敏感地震物理模型材料的制备方法，其特征在于，包括以下组分：
环氧树脂0-30重量份；
固化剂0-6重量份；
硅橡胶30-60重量份；
交联剂10-25重量份；
石英砂1000重量份；
还包括以下步骤：
(1)材料准备：根据模型用料的需求，把环氧树脂及硅橡胶置于45-55℃保温箱预热1.5-2.5小时，固化剂、交联剂置于35-45℃保温箱预热1.5-2.5小时；
(2)模具处理：在物理模型固化模具内表面涂抹硅橡胶，待硅橡胶固化后完成模具处理；
(3)材料混合：按配方要求对材料称重，首先将环氧树脂与硅橡胶进行充分地均匀搅拌，然后在其中按照比例添加固化剂和交联剂后再次充分地搅拌均匀；
(4)胶结石英砂：将步骤3中原料与石英砂进行均匀混合后放入磨具中，利用压机在设定恒压下压制5-15分钟后卸压；
(5)固化过程：将模具置于常温室内20-30小时，随后放入45-55℃保温箱内固化40-55小时，随后即可脱模取出；
所述地震物理模型材料的纵波速度变化范围在0m/s-500m/s。
2.根据权利要求1所述的应力敏感地震物理模型材料的制备方法，其特征在于：所述环氧树脂为粘度在9000-13000mPas范围的环氧树脂。
3.根据权利要求2所述的应力敏感地震物理模型材料的制备方法，其特征在于：所述环氧树脂为E-51型环氧树脂。
4.根据权利要求3所述的应力敏感地震物理模型材料的制备方法，其特征在于：所述固化剂为分子量1000～1500，浅黄色黏稠状液体，40℃时密度0.92～0.99g/cm3;胺值200～240mgKOH/g。
5.根据权利要求4所述的应力敏感地震物理模型材料的制备方法，其特征在于：所述固化剂为593型固化剂。
6.根据权利要求5所述的应力敏感地震物理模型材料的制备方法，其特征在于：所述硅橡胶为透明硅橡胶。
7.根据权利要求6所述的应力敏感地震物理模型材料的制备方法，其特征在于：所述交联剂为正硅酸酯类交联剂；所述石英砂的粒径范围为40-400目。
8.根据权利要求7所述的应力敏感地震物理模型材料的制备方法，其特征在于：所述交联剂为正硅酸乙酯；所述石英砂的粒径范围为60-200目。
9.根据权利要求8所述的应力敏感地震物理模型材料的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：
(1)材料准备：根据模型用料的需求，把环氧树脂及硅橡胶置于50℃保温箱预热2个小时，固化剂、交联剂置于40℃保温箱预热2个小时；
(2)模具处理：在物理模型固化模具内表面涂抹硅橡胶，待硅橡胶固化后完成模具处理；
(3)材料混合：按配方要求对材料称重，首先将环氧树脂与硅橡胶进行充分地均匀搅拌，然后在其中按照比例添加固化剂和交联剂后再次充分地搅拌均匀；
(4)胶结石英砂：将步骤（3）中原料与石英砂进行均匀混合后放入磨具中，压机10MPa恒压下压制10分钟后卸压；
(5)固化过程：将模具置于常温室内24小时，随后放入50℃保温箱内固化48小时，随后脱模取出即完成制作。
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