CN113756800A - 含裂缝人工页岩的制备方法及含裂缝人工页岩、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含裂缝人工页岩的制备方法及含裂缝人工页岩、应用，涉及地球物理模型的技术领域，本发明的制备方法包括以下步骤：将矿物物料与裂缝片一起压制成型，固化，再溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。本发明解决了研究裂缝影响页岩储层弹性性质的技术问题，本发明的工艺简单且稳定性好，达到了制作出可以测试人工页岩弹性性质的含裂缝人工页岩的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理模型的技术领域，尤其是涉及一种含裂缝人工页岩的制备方法及含裂缝人工页岩、应用。
背景技术
全球石油、煤、天然气等能源需求不断增长。页岩气是一种资源量十分巨大的非常规天然气资源，储量巨大，开发前景广阔。页岩气的商业开采将促进国际能源格局的转换，对世界能源工业版图具有深刻影响。
中国页岩气储量世界第一，也是继美国、加拿大之后，第三个形成规模和产业的国际。页岩气主要以游离和吸附态存在于页岩中。已有资料表明，页岩气储层低孔、特低渗。但因为页岩气储层中存在裂缝和微-纳米级孔隙，使得页岩气体可以游离态形式储存和富集与裂缝和大孔隙中。裂缝是天然气渗流和储集空间，具有构造裂缝、层间页理、层面滑移裂缝、成岩收缩微裂缝和有机质演化异常压力裂缝。构造成因裂缝和热生烃成因裂缝是影响页岩气富集和保存的重要裂缝，其中构造成因裂缝主要与构造应力场和储层岩石物理性质有关。
相比于常规油气储层，页岩油气储层具有地质成因复杂、物性条件差、矿物组分多样、非均质较强、孔缝结构复杂等特点，这些特点都给页岩储层岩石物理分析和地震属性评价带来了巨大挑战。在满足地球化学基本条件(有机质丰度、类型、成熟度和天然气成因)的情况下，裂缝系统发育程度和产生条件是获得具有商业价值天然气的重要控制因素。
页岩气的生产机制复杂，涉及吸附气与游离气、天然裂缝与诱导裂缝系统之间的相互依存关系，分析局部和区域应力作用下页岩储集层的响应，描述和建立相关参数与页岩气产能之间的相关关系，研究和预测裂缝性页岩气的可采储量，才能成功获取经济可采储量。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种含裂缝人工页岩的制备方法，工艺简单且稳定性好，能够制作出可以测试人工页岩弹性性质的含裂缝人工页岩。
本发明的目的之二在于提供一种含裂缝人工页岩。
本发明的目的之三在于提供一种含裂缝人工页岩在制作地球物理模型中的应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种含裂缝人工页岩的制备方法，包括以下步骤：
将矿物物料与裂缝片一起压制成型，固化，再溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。
进一步的，所述制备方法包括以下步骤：
(a)将矿物和胶结剂混合，得到矿物物料；
所述矿物包括按质量百分数计的如下组分：石英35％-45％、方解石10％-15％、高岭石30％-40％、干酪根0％-10％；
(b)将步骤(a)得到的矿物物料与裂缝片置于模具中，再加压、保压以及固化，再溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。
进一步的，步骤(a)中包括如下步骤：
将石英、方解石、高岭石以及任选的干酪根混合，得到矿物；
其中，所述混合的方式包括球磨混合；
进一步优选地，所述石英的粒径为10-13μm；
进一步优选地，所述方解石的粒径为8-11μm；
进一步优选地，所述高岭石的粒径为5-8μm；
进一步优选地，所述干酪根的粒径为10-20μm；
将得到的矿物和胶结剂混合，得到矿物物料；
其中，所述矿物与胶结剂的质量比为100：7-8；
所述矿物和胶结剂混合的时间为0.6-1h；
进一步优选地，所述胶结剂包括YY505A/B环氧树脂胶。
进一步的，所述球磨混合包括如下步骤：
将石英、方解石、高岭石、任选的干酪根以及球磨珠置于球磨罐中，再将球磨罐置于球磨机中进行混合，得到矿物；
进一步优选地，所述混合的转速为300-500r/min，混合时间为300-500min。
进一步的，步骤(b)中包括如下步骤：
将步骤(a)得到的矿物物料分成若干份，将第一份矿物物料加入模具中，形成第一层矿物物料，将部分裂缝片置于第一层矿物物料上，形成第一层裂缝片，再将第二份矿物物料置于第一层裂缝片上，形成第二层矿物物料，再将部分裂缝片置于第二层矿物物料上，形成第二层裂缝片，重复上述过程，直至加入全部矿物物料到模具中，再加压、保压以及固化，溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。
进一步的，步骤(b)中加压到40-80MPa时进行保压；
进一步优选地，所述保压的时间为22-24h；
进一步优选地，所述固化包括初步固化和再次固化；
进一步优选地，所述初步固化的温度为室温，时间为18-30h；
进一步优选地，所述再次固化的温度为40-60℃，时间为2-4天。
进一步的，所述制备方法包括以下步骤：
A、将石英、方解石、高岭石、任选的干酪根、直径为15-20mm的球磨珠、直径为10-15mm的球磨珠以及直径为5-10mm的球磨珠置于球磨罐中，再将球磨罐置于行星球磨机中，在转速为300-500r/min下混合300-500min，得到矿物；
其中，所述石英的粒径为11-12μm，所述方解石的粒径为9-10μm，所述高岭石的粒径为6-7μm，所述干酪根的粒径为15-18μm；
所述矿物包括按质量百分数计的如下组分：石英38％～42％、方解石12％～14％、高岭石33％～35％、干酪根5％～9％；
B、将步骤A得到的矿物和胶结剂混合，得到矿物物料；
其中，所述矿物与胶结剂的质量比为100：7；
所述矿物和胶结剂混合的时间为0.9h；
所述胶结剂包括YY505A/B环氧树脂胶；
所述YY505A/B环氧树脂胶的配置质量比为2：1；
C、将步骤B得到的矿物物料分成15-25份，将第一份矿物物料加入模具中，形成第一层矿物物料，将部分裂缝片置于第一层矿物物料上，形成第一层裂缝片，再将第二份矿物物料置于第一层裂缝片上，形成第二层矿物物料，再将部分裂缝片置于第二层矿物物料上，形成第二层裂缝片，重复上述过程，直至加入全部混合物料到模具中，再加压到50MPa，保压24h，之后卸压，再在室温下初步固化22-24h，脱模后在40-60℃下再次固化3-4天，溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。
第二方面，本发明提供了一种含裂缝人工页岩，由上述任一项所述的制备方法制备得到。
进一步的，所述含裂缝人工页岩的密度为2.0-2.6g/cm3，孔隙度为5-15％。
第三方面，本发明提供了一种含裂缝人工页岩在制作地球物理模型中的应用。
与已有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
本发明提供的含裂缝人工页岩的制备方法，工艺简单且稳定性好，以矿物物料与裂缝片压制成型，固化，再溶解裂缝片，制作出可以测试人工页岩弹性性质的含裂缝人工页岩。
本发明提供的含裂缝人工页岩，具有特定的裂缝密度、孔隙度和密度、具有各向异性特征，这对于研究裂缝对页岩储层的弹性性质具有重要的意义。
本发明提供的含裂缝人工页岩在制作地球物理模型中的应用，可以很好地模拟真实的地质环境，还原真实的地质性质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施方式提供的含裂缝人工页岩的制备流程图；
图2为本发明一种实施方式提供的矿物和胶结剂放置的实物图；
图3为本发明一种实施方式提供的矿物和胶结剂混合的实物图；
图4为本发明一种实施方式提供的铺设矿物物料和裂缝片的示意图；
图5为本发明一种实施方式提供的模具装入矿物物料的实物图；
图6为本发明一种实施方式提供的模具铺设裂缝片的实物图；
图7本发明一种实施方式提供的模具置于加压系统的实物图；
图8为本发明实施例1提供的含裂缝人工页岩的实物图；
图9为本发明对比例1提供的不含裂缝人工页岩的制备流程图；
图10为本发明对比例1提供的不含裂缝人工页岩的实物图；
图11为本发明实验例中人工页岩均质性测试的示意图；
图12为本发明实验例得到的含裂缝人工页岩X方向的纵波波形图；
图13为本发明实验例得到的含裂缝人工页岩Y方向的纵波波形图；
图14为本发明实验例得到的含裂缝人工页岩Z方向的纵波波形图；
图15为本发明实验例得到的不含裂缝人工页岩X方向的纵波波形图；
图16为本发明实验例得到的不含裂缝人工页岩Y方向的纵波波形图；
图17为本发明实验例得到的不含裂缝人工页岩Z方向的纵波波形图；
图18为本发明实验例得到的含裂缝人工页岩的SEM扫描电镜图；
图19为本发明实验例得到的不含裂缝人工页岩的SEM扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的第一个方面，提供了一种含裂缝人工页岩的制备方法，包括以下步骤：
将矿物物料与裂缝片一起压制成型，固化，再溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。
在本发明中，裂缝片的结构为硬薄币状，材质为聚乙烯醇，遇水易融化；本发明的人工页岩在固化之后放入水中，水就会渗入到人工页岩的内部，与裂缝片接触，使裂缝片溶解，从而达到使人工页岩含裂缝的目的。
本发明提供的含裂缝人工页岩的制备方法，工艺简单且稳定性好，以矿物物料与裂缝片压制成型，固化，再溶解裂缝片，制作出可以测试人工页岩弹性性质的含裂缝人工页岩。
在一种优选的实施方式中，本发明的制备方法包括以下步骤：
(a)将矿物和胶结剂混合，得到矿物物料；
其中，矿物包括按质量百分数计的如下组分：石英35％-45％、方解石10％-15％、高岭石30％-40％、干酪根0％-10％；
(b)将步骤(a)得到的矿物物料与裂缝片置于模具中，再加压、保压以及固化，再溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。
在本发明中，石英典型但非限制性的质量百分数例如为35％、40％、45％；方解石典型但非限制性的质量百分数例如为10％、15％；高岭石典型但非限制性的质量百分数例如为30％、35％、40％；干酪根典型但非限制性的质量百分数例如为0％、5％、10％；
在一种优选的实施方式中，本发明的步骤(a)中包括如下步骤：
将石英、方解石、高岭石以及任选的干酪根混合，得到矿物；
其中，混合的方式包括但不限于球磨混合；石英的粒径为10-13μm，其典型但非限制性的粒径例如为10μm、11μm、12μm、13μm；方解石的粒径为8-11μm，其典型但非限制性的粒径例如为8μm、9μm、10μm；高岭石的粒径为5-8μm，其典型但非限制性的粒径例如为5μm、6μm、7μm、8μm；干酪根的粒径为10-20μm，其典型但非限制性的粒径例如为10μm、15μm、20μm；
将得到的矿物和胶结剂混合，得到矿物物料；
其中，矿物与胶结剂的质量比为100：7-8，其典型但非限制性的质量比例如为100：7、100：8；矿物和胶结剂混合的时间为0.6-1h，其典型但非限制性的混合时间例如为0.6h、0.8h、1h；胶结剂包括但不限于YY505A/B环氧树脂胶，该胶结剂购自盐城壹加壹新材料科技有限公司，型号为YY505A/B，体积收缩率小于0.3％，保证固化前后体积几乎恒定，可使用时间较长，为0.6-1h，初步固化时间为2-3h，全部固化时间为24h，确保了在加压完成时胶结剂全部固化。本发明的环氧树脂胶包括A胶和B胶，并通过如下的方法制备而成：将A胶与B胶按照2:1的质量比进行混合，搅拌10分钟左右，直到混合均匀，即得。
本发明胶结剂的用量是经过多次试验得出的。如果胶结剂的用量过高，就会增大对人工页岩的影响；如果胶结剂的用量过低时，就会导致得到的人工页岩结构疏松，且溶解裂缝过程中易开裂。
本发明将矿物粉末铺在平整的木板上，在中间制作一个凹槽，将胶结剂倒入凹槽中，用工具铲将矿物粉末和胶结剂进行混合，混合15分钟后，进行第一次过筛，筛子规格为20目，过滤一次约2分钟，过滤完成后将含粉末的胶粒平铺在木板上，过滤出的细粉末取适量铺在胶粒上，继续使用工具铲进行混合，重复以上步骤，约15分钟，直到粗细粉末混匀后，再次过筛，筛子规格20目，过筛时长2分钟左右，过完筛后，继续粗细粉末的混合，约15分钟，一般过两次筛，混合三次后，可以视为胶结物与原料混合均匀。
在一种优选的实施方式中，本发明的球磨混合包括如下步骤：
将石英、方解石、高岭石、任选的干酪根以及球磨珠置于球磨罐中，再将球磨罐置于球磨机中进行混合，得到矿物；
其中，球磨机包括行星球磨机，混合的转速为300-500r/min，其典型但非限制性的转速例如为300r/min、400r/min、500r/min，混合的时间为300-500min，其典型但非限制性的混合时间例如为300min、400min、500min。
在一种优选的实施方式中，本发明的步骤(b)中包括如下步骤：
将步骤(a)得到的矿物物料分成若干份，将第一份矿物物料加入模具中，形成第一层矿物物料，将部分裂缝片置于第一层矿物物料上，形成第一层裂缝片，再将第二份矿物物料置于第一层裂缝片上，形成第二层矿物物料，再将部分裂缝片置于第二层矿物物料上，形成第二层裂缝片，重复上述过程，直至加入全部矿物物料到模具中，再加压、保压以及固化，溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。
在一种优选的实施方式中，本发明的步骤(b)中加压到40-80MPa时进行保压，其典型但非限制性的加压压强例如为40MPa、50MPa、60MPa、70MPa、80MPa；本发明的保压时间为22-24h，其典型但非限制性的保压时间例如为22h、23h、24h；本发明的固化包括初步固化和再次固化；本发明初步固化的温度为室温25-40℃，其典型但非限制性的初步固化的温度例如为25℃、30℃、35℃、40℃；本发明初步固化的时间为18-30h，其典型但非限制性的初步固化时间例如为18h、20h、25h、30h；本发明再次固化的温度为40-60℃，其典型但非限制性的再次固化的温度例如为40℃、50℃、60℃；本发明再次固化的时间为2-4天，其典型但非限制性的再次固化时间例如为2天、3天、4天。
本发明模具的尺寸为7cm×7cm；本发明将铺设矿物物料和裂缝片的模具放在加压系统中水平固定，待压强达到40-80MPa时进行保压，本发明保压的压强优选为50MPa，保压压强通常会影响样品的孔隙度、密度等参数，经过试验结果显示，本发明在50MPa压强下保压，所得的岩心符合要求且岩心稳定；本发明保压时间为20-28h，优选为22-24h，进一步优选为24h，该保压时间不宜过短，以确保岩心压制形状稳定；本发明初步固化是待压力解除后继续在模具中进行的，初步固化时间为18-30h，本发明再次固化时所设定的温度为40-60℃，该温度不宜过高，避免胶结物性质被破坏，再次固化时间为2-4天，使得岩心彻底固化，其中，本发明在恒温箱中进行再次固化。
在一种优选的实施方式中，本发明的制备方法包括以下步骤：
A、将石英、方解石、高岭石、任选的干酪根、直径为15-20mm的球磨珠、直径为10-15mm的球磨珠以及直径为5-10mm的球磨珠置于球磨罐中，再将球磨罐置于行星球磨机中，在转速为300-500r/min下混合360min，得到矿物；
其中，石英的粒径为11-12μm，方解石的粒径为9-10μm，高岭石的粒径为6-7μm，干酪根的粒径为15-18μm；
本发明的矿物包括按质量百分数计的如下组分：石英38％-42％、方解石12％-14％、高岭石33％-35％、干酪根5％-9％；
B、将步骤A得到的矿物和胶结剂混合，得到矿物物料；
其中，矿物与胶结剂的质量比为100：7；矿物和胶结剂混合的时间为0.9h；胶结剂包括YY505A/B环氧树脂胶，YY505A/B环氧树脂胶的配置质量比为2：1；
C、将步骤B得到的矿物物料分成15-25份，将第一份矿物物料加入模具中，形成第一层矿物物料，将部分裂缝片置于第一层矿物物料上，形成第一层裂缝片，再将第二份矿物物料置于第一层裂缝片上，形成第二层矿物物料，再将部分裂缝片置于第二层矿物物料上，形成第二层裂缝片，重复上述过程，直至加入全部混合物料到模具中，再加压到50MPa，保压24h，之后卸压，再在室温下初步固化22-24h，脱模后在40-60℃下再次固化3-4天，溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。
一种含裂缝人工页岩的典型制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1将矿粉(石英、方解石、高岭石、任选的干酪根粉末)放入真空烘干箱中干燥，脱去多余水分，温度设定在60℃(既不破坏矿粉性质，且能达到烘干矿粉的目的)，干燥时间设定为12h，得到干燥的矿粉，其中，矿粉为以下质量百分数计的组分：石英35％-45％，粒径为10-13μm；方解石10％-15％，粒径为8-11μm；高岭石30％-40％，粒径为5-8μm；干酪根0％-10％，粒径为10-20μm；
S2将得到的干燥矿粉放入球磨罐内，再在球磨罐里放入直径范围为15-20mm、10-15mm、5-10mm大小三个尺寸的球磨珠各两颗，将球磨罐盖好后放入行星球磨机中，将球磨机转速设定为300-500r/min，运行时间设定为300-500min，充分混合粉末，球磨机高速交替旋转，每5分钟改变一次旋转方向，设定混合时间为6小时，保证矿粉完全混合均匀，得到混合后的粉末；
S3将得到的混合后的粉末铺设在模板上；以2:1的质量比配置AB胶，充分搅拌10min左右，作为胶结剂；将铺设在模板上的粉末与胶结剂进行搅拌混合，实物图如图2-图3所示，粉末与胶结剂的质量比为100:7，混合时间为0.9h左右，得到混合物料；
S4将模具使用酒精擦洗干净，并涂抹一层薄薄的凡士林，起到润滑作用，方便模型的取出；
使用设备制作好裂缝片；
根据Hudson理论中裂缝密度的定义，设计模型中裂缝的数量；将步骤S3得到的混合物料与预定数量的裂缝片逐层交替铺设在模具中，每层铺设的混合物料的重量相同，圆纸片的数量相同，以使裂缝在模型中有序地分布，如图4-图6所示，具体的，根据计算，将混合物料分成15-25份，先取一份混合物料均匀平整地铺设于模具中，再在混合物料上铺设预定数目的直径为6mm的圆纸片，然后再在其上铺设一份混合物料，再在混合物料上铺设预定数目的直径为6mm的圆纸片，如此往复，直至铺入全部混合物料和铺设好裂缝后，放入压头，随后将整个模具放到压力系统中进行垂向加压，加压系统的实物图如图7所示，压强根据设定为50MPa，加压24h后卸掉压力，岩心继续在模具中保持24h，待岩心初步固化，从模具中取出，放入60℃的恒温箱中，待岩心彻底固化后取出，再放入水中，溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。
本发明提供的含裂缝人工页岩的制备方法，工艺简单且稳定性好，较为方便且高质量地制作出可以测试人工页岩弹性性质的含裂缝人工页岩。
根据本发明的第二个方面，提供了一种含裂缝人工页岩，是由上述制备方法制备得到的。
本发明的含裂缝人工页岩的密度为2.0-2.6g/cm3，孔隙度为5-15％。
本发明的含裂缝人工页岩具有特定的裂缝密度、孔隙度和密度、具有各向异性特征，这对于研究裂缝对页岩储层的弹性性质具有重要的意义。
根据本发明的第三个方面，提供了一种含裂缝人工页岩在制作地球物理模型中的应用，可以很好地模拟真实的地质环境，还原真实的地质性质。
下面通过实施例对本发明作进一步说明。如无特别说明，实施例中的材料和设备为根据现有方法制备而得，或直接从市场上购得。
本发明的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40-60℃；本发明的材料称量设备采用电子天平，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。本发明采用真空搅拌系统测量孔隙度，购自江苏珂地石油仪器有限公司，型号为KDZJ-C；本发明的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；本发明的脉冲激发器，购自广州汕头超声电子股份有限公司，型号为CTS-8077PR；本发明使用裂缝打片器制作裂缝片；本发明的数字示波器，购自泰克(Tektronix)科技有限公司，型号为DPO3012；本发明的立式方形行星式球磨机，购自长沙天创粉末技术有限公司，传动方式为齿轮传动，最大装样量为球磨罐容积的三分之二。
实施例1
一种含裂缝人工页岩的制备方法，包括以下步骤：
将矿粉(石英、方解石、高岭石、干酪根粉末)放入真空烘干箱中干燥，脱去多余水分，温度设定在60℃(既不破坏矿粉性质，且能达到烘干矿粉的目的)，干燥时间设定为12h，得到干燥的矿粉，其中，矿粉包括以下质量百分数计的组分：石英44％，粒径为13μm；方解石15％，粒径为10μm；高岭石35％，粒径为6.5μm；干酪根6％，粒径为13μm；
将得到的干燥矿粉放入球磨罐内，再在球磨罐内放入直径15mm、10mm、5mm的球磨珠各两颗，将球磨罐盖好后放入行星球磨机中，球磨机转速设定为500r/min，每5分钟改变一次旋转方向，设定混合时间为6小时，保证矿粉完全混合均匀，得到混合后的粉末；
将得到的混合后的粉末铺设在模板上；以2:1的质量比配置AB胶，充分搅拌10min左右，作为胶结剂；将铺设在模板上的粉末与胶结剂进行搅拌混合，粉末与胶结剂的质量比为100:7，混合时间为0.9h左右，得到混合物料；
将模具使用酒精擦洗干净，并涂抹一层薄薄的凡士林，起到润滑作用，方便模型的取出；
使用设备制作好裂缝片；
根据Hudson理论中裂缝密度的定义，设计模型中裂缝的数量；将得到的混合物料与预定数量的圆纸片即裂缝片逐层交替铺设在模具(模具的尺寸为7cm×7cm)中，每层铺设的混合物料的重量相同，圆纸片(裂缝片)的数量相同，以使裂缝在模型中有序地分布，具体的，根据计算，将混合物料分成21份，先取一份混合物料均匀平整地铺设于模具中，再在混合物料上铺设预定数目的直径为6mm的圆纸片，然后再在其上铺设一份混合物料，再在混合物料上铺设预定数目的直径为6mm的圆纸片，如此往复，直至铺入全部混合物料和铺设好裂缝后，放入压头，随后将整个模具放到压力系统中进行垂向加压，压强根据设定为50MPa，加压24h后卸掉压力，岩心继续在模具中保持24h，待岩心初步固化，从模具中取出，放入60℃的恒温箱中，待岩心彻底固化后取出，放入水中溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。
本实施例得到的含裂缝人工页岩的实物图见图8。
对比例1
一种不含裂缝人工页岩的制备方法，包括以下步骤：
将矿粉(石英、方解石、高岭石、干酪根粉末)放入真空烘干箱中干燥，脱去多余水分，温度设定在60℃(既不破坏矿粉性质，且能达到烘干矿粉的目的)，干燥时间设定为12h，得到干燥的矿粉，其中，矿粉为以下质量百分数计的组分：石英44％，粒径为13μm；方解石15％，粒径为10μm；高岭石35％，粒径为6.5μm；干酪根6％，粒径为13μm；
将得到的干燥矿粉放入球磨罐内，再在球磨罐内放入直径15mm、10mm、5mm的球磨珠各两颗，将球磨罐盖好后放入行星球磨机中，球磨机转速设定为500r/min，每5分钟改变一次旋转方向，设定混合时间为6小时，保证矿粉完全混合均匀，得到混合后的粉末；
将得到的混合后的粉末铺设在模板上；以2:1的质量比配置AB胶，充分搅拌10min左右，作为胶结剂；将铺设在模板上的粉末与胶结剂进行搅拌混合，粉末与胶结剂的质量比为100:7，混合时间为0.9h左右，得到混合物料；将模具使用酒精擦洗干净，并涂抹一层薄薄的凡士林，起到润滑作用，方便模型的取出；将混合物料均匀倒入模具中，随后放到压力系统中进行垂向加压，压强根据设定为50MPa，加压24h后卸掉压力，岩心继续在模具中保持24h，待岩心初步固化，从模具中取出，放入60℃的恒温箱中，待岩心彻底固化后取出，得到不含裂缝人工页岩。
本对比例不含裂缝人工页岩的制备流程图见图9，不含裂缝人工页岩的实物图见图10。
实验例1
使用声波脉冲透射法对实施例1得到的含裂缝人工页岩的岩心进行均质性测试，测试位置如图11所示，由图12-14可知，实施例1得到的含裂缝人工页岩的X、Y、Z三个方向上的每个点的波形都相同，每个方面的均质性都很好，符合实验的需要；同时，测量实施例1提供的含裂缝人工页岩的密度、声波速度等参数，得到了纵横波速度，并计算其各向异性参数，具体数据见表1；对实施例1得到的含裂缝人工页岩进行SEM扫描电镜测试，得到其SEM扫描电镜图，如图18。
使用声波脉冲透射法对对比例1得到的不含裂缝人工页岩的岩心进行均质性测试，测试位置如图11所示，由图15-17可知，对比例1得到的不含裂缝人工页岩的X、Y、Z三个方向上的每个点的波形都相同，每个方面的均质性都很好，符合实验的需要；同时，测量对比例1提供的人工页岩的密度、声波速度等参数，得到了纵横波速度，并计算其各向异性参数，具体数据见表1；对对比例1得到的不含裂缝人工页岩进行SEM扫描电镜测试，得到其SEM扫描电镜图，如图19。
声波速度测试方法：
声波速度使用声波脉冲透射法进行计算，测试系统由脉冲发射、接受系统、发射、接收换能器、数字示波器、显示器组成，脉冲发生器产生高电压脉冲信号传输给发射换能器，换能器通过压电陶瓷产生震动，在介质中传播给接收换能器后转换后为电信号传给数字示波器，通过将电信号转化为数字信号后在示波器上显示。
声波脉冲透射法计算速度时使用的公式为：
v＝L/t
式中，V为声波速度，L为岩心长度，t为声波传播时间。
裂缝密度计算方法：
由于自然岩石中，裂缝的物性参数很难定量描述，所以在实验室，通过物理模拟的方法，裂缝密度使用Hudson计算方法，将裂缝假设为具有较小的纵横比的扁球体，可以近似为圆币形扁球体，并假设裂缝介质中的定向排列的裂缝尺度比地震波长小，裂缝位置均匀的分布在地震波长范围内。其裂缝密度的表达式为：
式中，N为介质内裂缝的数量，a为裂缝的平均半径，V为介质的体积。
各向异性计算方法：
一般在介质的同一位置进行观测，若物理量随着方向的改变而改变，那么称介质为各向异性。Thomsen(1986)总结了不同沉积岩岩心的速度测试结果，认为许多沉积岩存在弱各向异性(小于10％)，总结出了这种弱各向异性介质的各向异性参数。其表达式为：
式中，VP(0°)为0°方向纵波速度，VP(90°)为90°方向纵波速度，VSH(0°)为0°方向横波速度，VSH(90°)为90°方向横波速度。
表1
在裂缝型油气藏中，由于裂缝的存在，地层的各向异性会增大。因此含裂缝人工页岩各向异性等参数应该大于不含裂缝人工页岩。由表1可知，该实验结果证明了本发明的样品在各向异性方面是符合实际规律的，具有一定的代表性，可以用于今后的含裂缝页岩储层的岩石物理研究。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种含裂缝人工页岩的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将矿物物料与裂缝片一起压制成型，固化，再溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将矿物和胶结剂混合，得到矿物物料；
所述矿物包括按质量百分数计的如下组分：石英35％-45％、方解石10％-15％、高岭石30％-40％、干酪根0％-10％；
(b)将步骤(a)得到的矿物物料与裂缝片置于模具中，再加压、保压以及固化，再溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)中包括如下步骤：
将石英、方解石、高岭石以及任选的干酪根混合，得到矿物；
其中，所述混合的方式包括球磨混合；
优选地，所述石英的粒径为10-13μm；
优选地，所述方解石的粒径为8-11μm；
优选地，所述高岭石的粒径为5-8μm；
优选地，所述干酪根的粒径为10-20μm；
将得到的矿物和胶结剂混合，得到矿物物料；
其中，所述矿物与胶结剂的质量比为100：7-8；
所述矿物和胶结剂混合的时间为0.6-1h；
优选地，所述胶结剂包括YY505A/B环氧树脂胶。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述球磨混合包括如下步骤：
将石英、方解石、高岭石、任选的干酪根以及球磨珠置于球磨罐中，再将球磨罐置于球磨机中进行混合，得到矿物；
优选地，所述混合的转速为300-500r/min，混合的时间为300-500min。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)中包括如下步骤：
将步骤(a)得到的矿物物料分成若干份，将第一份矿物物料加入模具中，形成第一层矿物物料，将部分裂缝片置于第一层矿物物料上，形成第一层裂缝片，再将第二份矿物物料置于第一层裂缝片上，形成第二层矿物物料，再将部分裂缝片置于第二层矿物物料上，形成第二层裂缝片，重复上述过程，直至加入全部矿物物料到模具中，再加压、保压以及固化，溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)中加压到40-80MPa时进行保压；
优选地，所述保压的时间为22-24h；
优选地，所述固化包括初步固化和再次固化；
优选地，所述初步固化的温度为室温，时间为18-30h；
优选地，所述再次固化的温度为40-60℃，时间为2-4天。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
A、将石英、方解石、高岭石、任选的干酪根、直径为15-20mm的球磨珠、直径为10-15mm的球磨珠以及直径为5-10mm的球磨珠置于球磨罐中，再将球磨罐置于行星球磨机中，在转速为300-500r/min下混合360min，得到矿物；
其中，所述石英的粒径为11-12μm，所述方解石的粒径为9-10μm，所述高岭石的粒径为6-7μm，所述干酪根的粒径为15-18μm；
所述矿物包括按质量百分数计的如下组分：石英38％-42％、方解石12％-14％、高岭石33％-35％、干酪根5％-9％；
B、将步骤A得到的矿物和胶结剂混合，得到矿物物料；
其中，所述矿物与胶结剂的质量比为100：7；
所述矿物和胶结剂混合的时间为0.9h；
所述胶结剂包括YY505A/B环氧树脂胶；
所述YY505A/B环氧树脂胶的配置质量比为2：1；
C、将步骤B得到的矿物物料分成15-25份，将第一份矿物物料加入模具中，形成第一层矿物物料，将部分裂缝片置于第一层矿物物料上，形成第一层裂缝片，再将第二份矿物物料置于第一层裂缝片上，形成第二层矿物物料，再将部分裂缝片置于第二层矿物物料上，形成第二层裂缝片，重复上述过程，直至加入全部混合物料到模具中，再加压到50MPa，保压24h，之后卸压，再在室温下初步固化22-24h，脱模后在40-60℃下再次固化3-4天，溶解裂缝片，得到含裂缝人工页岩。
8.一种含裂缝人工页岩，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到。
9.根据权利要求8所述的含裂缝人工页岩，其特征在于，所述含裂缝人工页岩的密度为2.0-2.6g/cm3，孔隙度为5-15％。
10.一种权利要求8或9所述的含裂缝人工页岩在制作地球物理模型中的应用。
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