CN114035242B - 一种不同成熟度页岩物理模型制作方法及页岩物理模型 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种不同成熟度页岩物理模型制作方法及页岩物理模型。该方法包括：获取有机质颗粒；其中，有机质颗粒为未成熟期的有机质颗粒、成熟期的有机质颗粒、过成熟期的有机质颗粒中的任意一种；将有机质颗粒与石英颗粒、方解石颗粒、高岭土颗粒进行混合研磨，得到混合粉末；将混合粉末中加入胶结剂，以得到混合体；将混合体铺放至模具中，进行压实处理，进而得到页岩物理模型。通过上述方式制作而成的页岩物理模型考虑了有机质成熟期对页岩的影响，使得该页岩物理模型与对应成熟期的天然页岩各方面属性都相近的，进而保证后续基于该页岩物理模型进行实验能够得到准确的实验数据。
Description
技术领域
本申请涉及油气勘探技术领域，具体而言，涉及一种不同成熟度页岩物理模型制作方法及页岩物理模型。
背景技术
页岩是自然界中常见的一种沉积岩，总量约占自然界沉积岩含量的百分之七十以上。页岩矿物组分复杂，一般由石英、方解石、长石、黄铁矿、粘土矿物以及有机质构成。常见的页岩有黑色页岩、油页岩、碳质页岩等。页岩孔隙度小于百分之十，渗透率小于1mD，储集物性很差。在以往的常规油气勘探中，页岩一直被当作阻挡油气运移的封盖层。但随着页岩气开发的大获成功，从页岩中发现了大量的天然气资源。页岩可以生气、储气、并且由于页岩由石英、长石、方解石等脆性矿物构成，易产生裂缝，能改善页岩的储、渗能力。页岩油气藏逐渐成为重要的非常规油气藏，具有较高的工业开采价值。
相比于常规油气田储层，页岩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、孔隙结构复杂等特点，页岩储层的这些特点给页岩气的勘探开发带来了巨大挑战。此外，由于天然页岩难于取样和保存、影响因素较多、非均质性较强、测试数据规律性和可重复性较差，且许多测试对样品具有不可逆的破坏性等特点。天然页岩的这些特点使得页岩岩石物理相关的研究存在一定的局限性。物理模型试验是联系地质、地球物理和油藏工程等不同学科共同研究裂缝油气藏的纽带和桥梁。如何制备与天然页岩各方面属性都相近的物理模型显得尤为重要。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种不同成熟度页岩物理模型制作方法及页岩物理模型，以制备与天然页岩属性相近的页岩物理模型。
本发明是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种不同成熟度页岩物理模型制作方法，包括：获取有机质颗粒；其中，所述有机质颗粒为未成熟期的有机质颗粒、成熟期的有机质颗粒、过成熟期的有机质颗粒中的任意一种；将所述有机质颗粒与石英颗粒、方解石颗粒、高岭土颗粒进行混合研磨，得到混合粉末；将所述混合粉末中加入胶结剂，以得到混合体；将所述混合体铺放至模具中，进行压实处理，进而得到页岩物理模型。
本申请实施例所提供的不同成熟度页岩物理模型制作方法，在制备页岩物理模型时，可以根据后续实验需求来获取不同成熟期的有机质颗粒，然后基于不同成熟期的有机质颗粒制作不同成熟期的页岩物理模型。也即，通过上述方式制作而成的页岩物理模型考虑了有机质成熟期对页岩的影响，使得该页岩物理模型与对应成熟期的天然页岩各方面属性都相近的，进而保证后续基于该页岩物理模型进行实验能够得到准确的实验数据，同时上述的页岩物理模型制作方式工艺简单，可重复性强，制备而成的页岩物理模型稳定性也较好。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述有机质颗粒为成熟期的有机质颗粒，所述获取有机质颗粒，包括：获取所述未成熟期的有机质颗粒；将所述未成熟期的有机质颗粒放入高温炉中进行高温加热；其中，高温加热的上限温度为400℃；关闭高温炉，对高温加热后的有机质颗粒进行冷却，以得到所述成熟期的有机质颗粒。
在本申请实施例中，通过将未成熟期的有机质颗粒放入高温炉中以400℃的温度进行高温加热，然后对高温加热后的有机质颗粒进行冷却，以便于得到成熟期的有机质颗粒，进而便于后续制作成熟期的页岩物理模型。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述有机质颗粒为过成熟期的有机质颗粒，所述获取有机质颗粒，包括：获取所述未成熟期的有机质颗粒；将所述未成熟期的有机质颗粒放入高温炉中进行高温加热；其中，高温加热的上限温度为700℃；关闭高温炉，对高温加热后的有机质颗粒进行冷却，以得到所述过成熟期的有机质颗粒。
在本申请实施例中，通过将未成熟期的有机质颗粒放入高温炉中以700℃的温度进行高温加热，然后对高温加热后的有机质颗粒进行冷却，以便于得到过成熟期的有机质颗粒，进而便于后续制作过成熟期的页岩物理模型。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述高温炉从室温开始进行加热，加热速率为5℃/min，当达到所述上限温度后，维持所述上限温度继续加热2小时。
由于天然页岩成熟度的转化也是一个逐渐升温转换的过程，因此，在制作成熟期的有机质颗粒和过成熟期的有机质颗粒时，高温炉从室温开始以加热速率5℃/min进行逐渐升温，直至达到设定的上限温度。通过该方式，一来，避免将未成熟期的有机质直接放入达到上限温度的高温炉中而导致的安全性问题，二来，通过该方式制备出的成熟期的有机质颗粒和过成熟期的有机质颗粒能够使得后续制作出的页岩物理模型与天然页岩属性更接近。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，在所述混合粉末中，有机质占比3％～10％，石英占比42％～49％，方解石占比18％，高岭土占比30％。
在本申请实施例中，根据天然页岩的成分比例确定混合粉末中各成分的比例，通过该方式，使得后续制备出的页岩物理模型与天然页岩属性更接近。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述石英颗粒的细度、所述方解石颗粒及所述高岭土颗粒的细度均为2000～3000目。
在本申请实施例中，石英颗粒的细度、方解石颗粒及高岭土颗粒的细度均为2000～3000目，以便于得到混合均匀的混合粉末。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述将所述有机质颗粒与石英颗粒、方解石颗粒、高岭土颗粒进行混合研磨，得到混合粉末，包括：通过球磨机对所述有机质颗粒、所述石英颗粒、所述方解石颗粒及所述高岭土颗粒进行混合研磨，以得到所述混合粉末；其中，所述球磨机包括第一球磨珠、第二球磨珠及第三球磨珠；所述第一球磨珠、所述第二球磨珠及所述第三球磨珠的个数比为2:2:2；所述第一球磨珠的直径为15-20mm；所述第二球磨珠的直径为10-15mm；所述第三球磨珠的直径为5-10mm。
在本申请实施例中，通过球磨机对有机质颗粒、石英颗粒、方解石颗粒及高岭土颗粒进行混合研磨，且球磨机中包括大中小三类球磨珠，三类球磨珠的个数比为2:2:2。通过该方式能够对各颗粒成分进行有效研磨，且可以得到均匀性更好的混合粉末。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述胶结剂包括环氧树脂和固化剂；所述环氧树脂和所述固化剂的质量比为2比1；所述胶结剂与所述混合粉末的质量比为1.1比10。
在本申请实施例中，胶结剂包括环氧树脂和固化剂，其中，环氧树脂和固化剂的质量比为2比1；胶结剂与混合粉末的质量比为1.1比10。通过上述配比能够便于混合粉末进行有效地胶结。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述混合体的细度大于300目。
在本申请实施例中，通过细度大于300目的混合体，便于后续对混合体进行压实后，形成整体性较好的页岩物理模型。
第二方面，本申请实施例提供一种页岩物理模型，所述页岩物理模型通过如上述第一方面实施例和/或结合上述第一方面实施例提供的不同成熟度页岩物理模型制作方法制作而成。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种不同成熟度页岩物理模型制作方法的流程图。
图2为本申请实施例提供的一种页岩物理模型的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的另一种不同成熟度页岩物理模型制作方法的模块框图。
图4为本申请实施例提供的一种页岩物理模型进行均质性检测的示意图。
图5为本申请实施例提供的未成熟期的页岩物理模型中平行于层理方向的五个点的波形图。
图6为本申请实施例提供的未成熟期的页岩物理模型中垂直于层理方向的五个点的波形图。
图7a为未成熟期的页岩物理模型的镜质体检测图。
图7b为未成熟期的页岩的镜质体检测图。
图8a为未成熟期的页岩物理模型的页岩微观SEM电镜图。
图8b为未成熟期的页岩的页岩微观SEM电镜图。
图9为本申请实施例提供的成熟期的页岩物理模型中平行于层理方向的五个点的波形图。
图10为本申请实施例提供的成熟期的页岩物理模型中垂直于层理方向的五个点的波形图。
图11a为成熟期的页岩物理模型的镜质体检测图。
图11b为成熟期的页岩的镜质体检测图。
图12a为成熟期的页岩物理模型的页岩微观SEM电镜图。
图12b为成熟期的页岩的页岩微观SEM电镜图。
图13为本申请实施例提供的过成熟期的页岩物理模型中平行于层理方向的五个点的波形图。
图14为本申请实施例提供的过成熟期的页岩物理模型中垂直于层理方向的五个点的波形图。
图15a为过成熟期的页岩物理模型的镜质体检测图。
图15b为过成熟期的页岩的镜质体检测图。
图16a为过成熟期的页岩物理模型的页岩微观SEM电镜图。
图16b为过成熟期的页岩的页岩微观SEM电镜图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
请参阅图1，本申请实施例提供一种不同成熟度页岩物理模型制作方法，包括步骤S101～步骤S104。
步骤S101：获取有机质颗粒；其中，有机质颗粒为未成熟期的有机质颗粒、成熟期的有机质颗粒、过成熟期的有机质颗粒中的任意一种。
步骤S102：将有机质颗粒与石英颗粒、方解石颗粒、高岭土颗粒进行混合研磨，得到混合粉末。
步骤S103：将混合粉末中加入胶结剂，以得到混合体。
步骤S104：将混合体铺放至模具中，进行压实处理，进而得到页岩物理模型。
通过上述制作方法即可得到页岩物理模型，制作而成的页岩物理模型可以参考图2。
现有的制备方式未确定有机质颗粒的成熟度，极可能出现页岩物理模型通过不同成熟期的有机质颗粒混合制备的情况。而通过上述步骤可知，本申请实施例所提供的不同成熟度页岩物理模型制作方法，在制备页岩物理模型时，可以根据后续实验需求来获取不同成熟期的有机质颗粒，然后基于不同成熟期的有机质颗粒制作不同成熟期的页岩物理模型。通过上述方式制作而成的页岩物理模型考虑了有机质成熟期对页岩的影响，使得该页岩物理模型与对应成熟期的天然页岩各方面属性相近，进而保证后续基于该页岩物理模型进行实验能够得到准确的实验数据，同时上述的页岩物理模型制作方式工艺简单，可重复性强，制备而成的页岩物理模型稳定性也较好。
下面结合具体的示例对上述步骤进行说明。
在步骤S101中，获取的有机质颗粒可以是未成熟期的有机质颗粒、成熟期的有机质颗粒、过成熟期的有机质颗粒中的任意一种。
作为一种实施方式，可以根据有机质颗粒的镜质体反射率R0来确定有机质颗粒的成熟度。示例性的，未成熟期有机质颗粒的镜质体反射率R0＝0.43％，成熟期的有机质颗粒的镜质体反射率R0＝1.1％，过成熟期的有机质颗粒的镜质体反射率R0＝4.38％。
上述的成熟期的有机质颗粒、过成熟期的有机质颗粒可以是直接获取得到的，也可以是由未成熟期的有机质颗粒制备而成。
其中，通过未成熟期的有机质颗粒制备成熟期的有机质颗粒的过程为：将未成熟期的有机质颗粒放入高温炉中进行高温加热，其中，高温加热的上限温度为400℃；然后关闭高温炉，对高温加热后的有机质颗粒进行冷却，以得到成熟期的有机质颗粒。
可选地，高温炉的初始温度为室温(通过定义室温为25℃(单位：摄氏度))，此时将未成熟期的有机质颗粒放入高温炉中，然后高温炉从室温开始加热。加热速率可以设定为5℃/min(单位：摄氏度/分钟)，也即，每分钟温度上升5℃。当温度达到上限温度400℃时，维持上限温度400℃继续加热两小时。
由于天然页岩成熟度的转化也是一个逐渐升温转换的过程，因此，在制作成熟期的有机质颗粒时，高温炉从室温开始以加热速率5℃/min进行逐渐升温，直至达到设定的上限温度。通过该方式，一来，避免将未成熟期的有机质直接放入达到上限温度的高温炉中而导致的安全性问题，二来，通过该方式制备出的成熟期的有机质颗粒能够使得后续制作出的页岩物理模型与天然页岩属性更接近。
需要说明的是，上述的加热速率，初始速率，上限温度可以根据实际情况而确定，比如初始温度为30℃，加热速率为8℃/min，上限温度为390℃等，本申请均不作限定。
其中，通过未成熟期的有机质颗粒制备过成熟期的有机质颗粒的过程为：将未成熟期的有机质颗粒放入高温炉中进行高温加热，其中，高温加热的上限温度为700℃；然后关闭高温炉，对高温加热后的有机质颗粒进行冷却，以得到过成熟期的有机质颗粒。
可选地，高温炉的初始温度为室温(通过定义室温为25℃)，此时将未成熟期的有机质颗粒放入高温炉中，然后高温炉从室温开始加热。加热速率可以设定为5℃/min，也即，每分钟温度上升5℃。当温度达到上限温度700℃时，维持上限温度700℃继续加热两小时。
由于天然页岩成熟度的转化也是一个逐渐升温转换的过程，因此，在制作过成熟期的有机质颗粒时，高温炉从室温开始以加热速率5℃/min进行逐渐升温，直至达到设定的上限温度。通过该方式，一来，避免将未成熟期的有机质直接放入达到上限温度的高温炉中而导致的安全性问题，二来，通过该方式制备出的过成熟期的有机质颗粒能够使得后续制作出的页岩物理模型与天然页岩属性更接近。
需要说明的是，上述的加热速率，初始速率，上限温度可以根据实际情况而确定，比如初始温度为28℃，加热速率为10℃/min，上限温度为710℃等，本申请均不作限定。
在步骤S102中，将获取的有机质颗粒与石英颗粒、方解石颗粒、高岭土颗粒进行混合研磨。
需要说明的是，获取的石英颗粒、方解石颗粒及高岭土颗粒可以预先在55℃的恒温箱中静置48小时。
为了使得制备出的页岩物理模型与天然页岩属性更接近，基于天然页岩的各成分比例来确定上述四种成分的配比。则上述四种成分进行混合研磨后的混合粉末中的有机质占比3％～10％，石英占比42％～49％，方解石占比18％，高岭土占比30％。
在选择各成分进行混合时，上述四种成分的颗粒也应按照各自对应的比例选择对应的质量。示例性的，选择有机质颗粒20克、石英颗粒240克、方解石颗粒90克、高岭土颗粒150克。然后将20克的有机质颗粒、240克的石英颗粒、90克的方解石颗粒及150克的高岭土颗粒进行混合研磨以得到混合粉末。
于本申请实施例中，为了便于得到混合均匀的混合粉末，其中，石英颗粒的细度、方解石颗粒及高岭土颗粒的细度均为2000～3000目。比如，石英颗粒的细度、方解石颗粒及高岭土颗粒的细度均为2500目。当然，也可以是石英颗粒的细度为2400目，方解石颗粒的细度为2500目。高岭土颗粒的细度为2800目。
作为一种实施方式，研磨可以采用球磨机进行研磨。则步骤S102可以具体包括：通过球磨机对有机质颗粒、石英颗粒、方解石颗粒及高岭土颗粒进行混合研磨，以得到混合粉末。
其中，球磨机包括第一球磨珠、第二球磨珠及第三球磨珠；第一球磨珠、第二球磨珠及所述第三球磨珠的个数比为2:2:2；第一球磨珠的直径为15-20mm(单位：毫米)；第二球磨珠的直径为10-15mm；第三球磨珠的直径为5-10mm。
也即，球磨机中包括大中小三类球磨珠。三类球磨珠的数量可以均为两个。为了充分球磨，球磨机的转速可以是425.4R/min(单位：转/分钟)，球磨时间为8小时。当然，球磨机的转速和球磨时间也可以根据实际情况而定，球磨珠的直径、数量也可以根据实际情况而定，本申请不作限定。
可见，通过球磨机对有机质颗粒、石英颗粒、方解石颗粒及高岭土颗粒进行混合研磨，且球磨机中包括大中小三类球磨珠，三类球磨珠的个数比为2:2:2。通过该方式能够对各颗粒成分进行有效研磨，且可以得到均匀性更好的混合粉末。
此外，在其他实施例中，还可以采用其他的研磨仪器或者人工研磨，对此，本申请也不作限定。
在步骤S103中，研磨后的混合粉末加入胶结剂，进而形成混合体。
可选地，胶结剂包括环氧树脂和固化剂。
其中，环氧树脂可以为YY505A系列的环氧树脂，而固化剂可以为YY505B系列的固化剂。
而为了便于混合粉末能够进行有效地胶结。在配比上，环氧树脂和固化剂的质量比为2比1；胶结剂与混合粉末的质量比为1.1比10。
当然，在一些实施例中，环氧树脂和固化剂的质量比为2比1也可以是2.5比1，胶结剂与混合粉末的质量比为1比10。
在加入胶结剂后，可以采用人工碾磨的方式，使得混合粉末与胶结剂充分且均匀混合。需要说明的是，上述YY505A/B系列的胶结剂可操作时间为40～60分钟，固化时间为24小时，YY505A/B系列的胶结剂胶结形成的固化物耐温区间为(-45℃，95℃)。
可选地，人工碾磨后的混合体的细度大于300目。也即，可以通过300目的筛子对通过胶结剂胶结形成的固化物进行筛选，以得到所需的混合体。
在步骤S104中，将混合体铺放至模具中进行压实处理后，即可得到页岩物理模型。
当然，为了确保后续得到的页岩模型不受杂质影响，首先需将模具进行清洗。如清洗模具内腔、底座、压头。然后，将模具的内腔内壁、底座均匀涂覆凡士林(也叫矿脂)。
在涂覆凡士林后，依次将混合体进行铺放。假设混合体总共500克，则可以分五次进行铺放，每次铺放100克的混合体。示例性的，将第一份100克的混合体放入模具中后，放入压头，使用橡胶锤垂直压头顶面方向敲击压头20次，使混合体中的空气排出。然后取出压头，再将第二份100克的混合体放入模具中，放入压头，使用橡胶锤垂直压头顶面方向敲击压头20次，使混合体中的空气排出，以此循环，直至所有混合体均放入模具中。最后，放入压头，得到装有混合体的模具。需要说明的是，在放入压头，得到装有混合体的模具之前，需要对压头四周及顶面均匀涂覆少量凡士林。
当然，在其他实施例中，也可以是直接将500克的混合体放入模具中，然后放入压头进行敲击。
然后，将装有混合体的模具放置在压机上进行压实处理，首先进行预压实，使压头竖直方向直接承受20MPa(单位：兆帕)的恒定压力20min。接着，调整压力至150MPa进行压实，保持压力恒定48小时。然后，卸去压力进行脱模，即可得到页岩物理模型。
此外，得到的页岩物理模型可以将边缘打磨光滑，也可以通过切割的方式将其加工成所需的形状。
请参阅图3，下面以一个完整的示例对制备未成熟期的页岩物理模型的过程进行说明。
首先，将240克细度为2000目的石英颗粒、90克细度为2000目的方解石颗粒及150克细度为2000目的高岭土颗粒分别放入55℃的恒温箱中，在放置48小时后取出。然后，提取未成熟期的有机质颗粒20克，将有机质颗粒、石英颗粒、方解石颗粒及高岭土颗粒通过球磨机进行混合研磨，以得到混合粉末。其中，球磨机包括第一球磨珠、第二球磨珠及第三球磨珠。第一球磨珠、第二球磨珠及第三球磨珠的个数比为2:2:2；第一球磨珠的直径为15-20mm；第二球磨珠的直径为10-15mm；第三球磨珠的直径为5-10mm。然后，在混合粉末中加入胶结剂进行混合，以得混合体。其中，胶结剂包括环氧树脂和固化剂。环氧树脂和固化剂的质量比为2比1；胶结剂与混合粉末的质量比为1.1比10。
此时，可以将模具进行清洗。如清洗模具内腔、底座、压头。然后，将模具的内腔内壁、底座均匀涂覆凡士林。然后，依次将混合体铺放至模具。具体的，将第一份100克的混合体放入模具中后，放入压头，使用橡胶锤垂直压头顶面方向敲击压头20次，使混合体中的空气排出。然后取出压头，再将第二份100克的混合体放入模具中，放入压头，使用橡胶锤垂直压头顶面方向敲击压头20次，使混合体中的空气排出，以此循环，直至所有混合体均放入模具中。最后对压头四周及顶面均匀涂覆少量凡士林，然后放入压头，得到装有混合体的模具。之后再进行压实处理，首先，进行预压实，使压头竖直方向直接承受20MPa的恒定压力20min。接着，调整压力至150MPa进行压实，保持压力恒定48小时。最后，卸去压力进行脱模，即可得到页岩物理模型，当然，得到的页岩物理模型可以进行打磨及切割。
经测试，该示例制作而成的未成熟期的页岩物理模型的密度为2.44g/cm3(单位：克/立方厘米)，平行于层理方向的纵波速度为2.65Km/s(单位：千米/秒)，快横波速度为1.72Km/s，慢横波速度为1.51Km/s，垂直于层理方向的纵波速度为2.04Km/s，横波速度为1.50Km/s，计算得到的纵波各向异性ε为0.35，横波各向异性γ为0.16，样品有机质成熟度为0.43％。
下面，对该示例制作而成的未成熟期的页岩物理模型进行均质性检测。如图4所示，分别在未成熟期的页岩物理模型中平行于层理方向选择A、B、C、D、E五个点进行测试，在未成熟期的页岩物理模型中垂直于层理方向选择a、b、c、d、e五个点进行测试。
请参阅图5及图6，图5为未成熟期的页岩物理模型中平行于层理方向的五个点(A、B、C、D、E)的纵波(P-wave)波形、快横波(SV-wave)波形及慢横波(SH-wave)波形。图6为未成熟期的页岩物理模型中垂直于层理方向的五个点(a、b、c、d、e)的纵波(P-wave)波形、横波(SH-wave)波形。从图示中可以看出，平行于层理方向的五个点(A、B、C、D、E)的各类波形形状一致，垂直于层理方向的五个点(a、b、c、d、e)的各类波形形状一致，可见该未成熟期的页岩物理模型的均质性较好。
请参阅图7a、图7b、图8a和图8b，图7a为未成熟期的页岩物理模型的镜质体检测图，图7b为未成熟期的页岩的镜质体检测图，图8a为未成熟期的页岩物理模型的页岩微观SEM(扫描电子显微镜)电镜图，图8b为未成熟期的页岩的页岩微观SEM电镜图。可见，在微观结构方面，通过上述方式制作而成的未成熟期的页岩物理模型在垂直层理和平行层理方向与未成熟期的天然页岩对应方向的微观结构高度近似，能够观察到明显的成层性和层状堆叠结构，同时干酪根的微观结构空间展布与未成熟期的天然页岩的干酪根具有类似性。
请继续参阅图3，下面以一个完整的示例对制备成熟期的页岩物理模型的过程进行说明。
首先，制备成熟期的有机质颗粒。将未成熟期的有机质颗粒放入初始温度为室温的高温炉汇总，然后从室温开始加热，加热速率可以设定为5℃/min。当温度达到上限温度400℃时，维持上限温度400℃继续加热两小时后进行冷却，即可得到成熟期的有机质颗粒。
然后，将240克细度为2000目的石英颗粒、90克细度为2000目的方解石颗粒及150克细度为2000目的高岭土颗粒分别放入55℃的恒温箱中，在放置48小时后取出。再将得到的有机质颗粒、石英颗粒、方解石颗粒及高岭土颗粒通过球磨机进行混合研磨，以得到混合粉末。其中，球磨机包括第一球磨珠、第二球磨珠及第三球磨珠。第一球磨珠、第二球磨珠及第三球磨珠的个数比为2:2:2；第一球磨珠的直径为15-20mm；第二球磨珠的直径为10-15mm；第三球磨珠的直径为5-10mm。然后，在混合粉末中加入胶结剂进行混合，以得混合体。其中，胶结剂包括环氧树脂和固化剂。环氧树脂和固化剂的质量比为2比1；胶结剂与混合粉末的质量比为1.1比10。
此时，可以将模具进行清洗。如清洗模具内腔、底座、压头。然后，将模具的内腔内壁、底座均匀涂覆凡士林。然后，依次将混合体铺放至模具。具体的，将第一份100克的混合体放入模具中后，放入压头，使用橡胶锤垂直压头顶面方向敲击压头20次，使混合体中的空气排出。然后取出压头，再将第二份100克的混合体放入模具中，放入压头，使用橡胶锤垂直压头顶面方向敲击压头20次，使混合体中的空气排出，以此循环，直至所有混合体均放入模具中。最后对压头四周及顶面均匀涂覆少量凡士林，然后放入压头，得到装有混合体的模具。之后再进行压实处理，首先，进行预压实，使压头竖直方向直接承受20MPa的恒定压力20min。接着，调整压力至150MPa进行压实，保持压力恒定48小时。最后，卸去压力进行脱模，即可得到成熟期的页岩物理模型，当然，得到的页岩物理模型可以进行打磨及切割。
经测试，该示例制作而成的成熟期的页岩物理模型的密度为2.44g/cm3，平行于层理方向的纵波速度为2.83Km/s，快横波速度为1.78Km/s，慢横波速度为1.58Km/s，垂直于层理方向的纵波速度为2.13Km/s，横波速度为1.56Km/s，计算得到的纵波各向异性ε为0.38，横波各向异性γ为0.16，样品有机质成熟度为1.1％。
下面，对该示例制作而成的成熟期的页岩物理模型进行均质性检测。继续以图4为例，分别在成熟期的页岩物理模型中平行于层理方向选择A、B、C、D、E五个点进行测试，在成熟期的页岩物理模型中垂直于层理方向选择a、b、c、d、e五个点进行测试。
请参阅图9及图10，图9为未成熟期的页岩物理模型中平行于层理方向的五个点(A、B、C、D、E)的纵波(P-wave)波形、快横波(SV-wave)波形及慢横波(SH-wave)波形。图10为未成熟期的页岩物理模型中垂直于层理方向的五个点(a、b、c、d、e)的纵波(P-wave)波形、横波(SH-wave)波形。从图示中可以看出，平行于层理方向的五个点(A、B、C、D、E)的各类波形形状一致，垂直于层理方向的五个点(a、b、c、d、e)的各类波形形状一致，可见该成熟期的页岩物理模型的均质性较好。
请参阅图11a、图11b、图12a和图12b，图11a为成熟期的页岩物理模型的镜质体检测图，图11b为成熟期的页岩的镜质体检测图，图12a为成熟期的页岩物理模型的页岩微观SEM电镜图，图12b为成熟期的页岩的页岩微观SEM电镜图。可见，在微观结构方面，通过上述方式制作而成的成熟期的页岩物理模型在垂直层理和平行层理方向与成熟期的天然页岩对应方向的微观结构高度近似，能够观察到明显的成层性和层状堆叠结构，同时干酪根的微观结构空间展布与成熟期的天然页岩的干酪根具有类似性。
请继续参阅图3，下面以一个完整的示例对制备过成熟期的页岩物理模型的过程进行说明。
首先，制备过成熟期的有机质颗粒。将未成熟期的有机质颗粒放入初始温度为室温的高温炉汇总，然后从室温开始加热，加热速率可以设定为5℃/min。当温度达到上限温度700℃时，维持上限温度700℃继续加热两小时后进行冷却，即可得到过成熟期的有机质颗粒。
然后，将240克细度为2000目的石英颗粒、90克细度为2000目的方解石颗粒及150克细度为2000目的高岭土颗粒分别放入55℃的恒温箱中，在放置48小时后取出。再将得到的有机质颗粒、石英颗粒、方解石颗粒及高岭土颗粒通过球磨机进行混合研磨，以得到混合粉末。其中，球磨机包括第一球磨珠、第二球磨珠及第三球磨珠。第一球磨珠、第二球磨珠及第三球磨珠的个数比为2:2:2；第一球磨珠的直径为15-20mm；第二球磨珠的直径为10-15mm；第三球磨珠的直径为5-10mm。然后，在混合粉末中加入胶结剂进行混合，以得混合体。其中，胶结剂包括环氧树脂和固化剂。环氧树脂和固化剂的质量比为2比1；胶结剂与混合粉末的质量比为1.1比10。
此时，可以将模具进行清洗。如清洗模具内腔、底座、压头。然后，将模具的内腔内壁、底座均匀涂覆凡士林。然后，依次将混合体铺放至模具。具体的，将第一份100克的混合体放入模具中后，放入压头，使用橡胶锤垂直压头顶面方向敲击压头20次，使混合体中的空气排出。然后取出压头，再将第二份100克的混合体放入模具中，放入压头，使用橡胶锤垂直压头顶面方向敲击压头20次，使混合体中的空气排出，以此循环，直至所有混合体均放入模具中。最后对压头四周及顶面均匀涂覆少量凡士林，然后放入压头，得到装有混合体的模具。之后再进行压实处理，首先，进行预压实，使压头竖直方向直接承受20MPa的恒定压力20min。接着，调整压力至150MPa进行压实，保持压力恒定48小时。最后，卸去压力进行脱模，即可得到过成熟期的页岩物理模型，当然，得到的页岩物理模型可以进行打磨及切割。
经测试，该示例制作而成的过成熟期的页岩物理模型的密度为2.45g/cm3，平行于层理方向的纵波速度为2.88Km/s，快横波速度为1.82Km/s，慢横波速度为1.63Km/s，垂直于层理方向的纵波速度为2.24Km/s，横波速度为1.63Km/s，计算得到的纵波各向异性ε为0.33，横波各向异性γ为0.12，样品有机质成熟度为4.38％。
下面，对该示例制作而成的过成熟期的页岩物理模型进行均质性检测。继续以图4为例，分别在过成熟期的页岩物理模型中平行于层理方向选择A、B、C、D、E五个点进行测试，在过成熟期的页岩物理模型中垂直于层理方向选择a、b、c、d、e五个点进行测试。
请参阅图13及图14，图13为过成熟期的页岩物理模型中平行于层理方向的五个点(A、B、C、D、E)的纵波(P-wave)波形、快横波(SV-wave)波形及慢横波(SH-wave)波形。图14为过成熟期的页岩物理模型中垂直于层理方向的五个点(a、b、c、d、e)的纵波(P-wave)波形、横波(SH-wave)波形。从图示中可以看出，平行于层理方向的五个点(A、B、C、D、E)的各类波形形状一致，垂直于层理方向的五个点(a、b、c、d、e)的各类波形形状一致，可见该过成熟期的页岩物理模型的均质性较好。
请参阅图15a、图15b、图16a和图16b，图15a为过成熟期的页岩物理模型的镜质体检测图，图15b为过成熟期的页岩的镜质体检测图，图16a为过成熟期的页岩物理模型的页岩微观SEM电镜图，图16b为过成熟期的页岩的页岩微观SEM电镜图。可见，在微观结构方面，通过上述方式制作而成的过成熟期的页岩物理模型在垂直层理和平行层理方向与过成熟期的天然页岩对应方向的微观结构高度近似，能够观察到明显的成层性和层状堆叠结构，同时干酪根的微观结构空间展布与过成熟期的天然页岩的干酪根具有类似性。
下面对上述三个实例的页岩物理模型测试参数进行整理，可以得到表一。
表一
在表一中，VP1表示平行于层理方向的纵波速度；VS1表示平行于层理方向的快横波速度；VS2表示平行于层理方向的慢横波速度；VP2表示垂直于层理方向的纵波速度；Vs表示垂直于层理方向的横波速度。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种页岩物理模型。该页岩物理模型通过上述的物理模型制作方法而制成。需要说明的是，制作人员可以根据需要通过本申请实施例提供的不同成熟度页岩物理模型制作方法制成未成熟期的页岩物理模型，成熟期的页岩物理模型或过成熟期的页岩物理模型。本申请实施例提供的页岩物理模型主要有以下有优点：
(1)在微观结构方面，本申请实施例提供的页岩物理模型在垂直层理和平行层理方向与天然页岩对应方向的微观结构高度近似，能够观察到明显的成层性和层状堆叠结构，同时干酪根的微观结构空间展布与天然页岩的干酪根具有类似性。
(2)在物理特性方面，本申请实施例提供的页岩物理模型符合具有开采价值的天然页岩低孔隙度低渗透率的特性，本申请实施例的人造含干酪根的页岩物理模型的孔隙度小于5％，渗透率小于0.lmD(单位：毫达西)。
(3)在地震特性方面，本申请实施例的页岩物理模型的纵波及决慢横波速度、密度与天然页岩对应参数近似，同时能够保证页岩的强各向异性特征，该页岩物理模型的纵波各向异性程度不低于10％，横波各向异性程度也不低于10％。
(4)在机械特性方面，本申请实施例的页岩物理模型的弹性模量、杨氏模量及泊松比与天然页岩的范围一致。
(5)并且，该制作流程稳定可靠、可重复性强、单个样品各个位置处的均质性较好，符合实验室相关实验测试样品要求。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种不同成熟度页岩物理模型制作方法，其特征在于，包括：
获取有机质颗粒；其中，所述有机质颗粒为未成熟期的有机质颗粒、成熟期的有机质颗粒、过成熟期的有机质颗粒中的任意一种；
将所述有机质颗粒与石英颗粒、方解石颗粒、高岭土颗粒进行混合研磨，得到混合粉末；
将所述混合粉末中加入胶结剂，以得到混合体；
将所述混合体铺放至模具中，进行压实处理，进而得到页岩物理模型；
其中，所述有机质颗粒为成熟期的有机质颗粒，所述获取有机质颗粒，包括：获取所述未成熟期的有机质颗粒；将所述未成熟期的有机质颗粒放入高温炉中进行高温加热；其中，高温加热的上限温度为400℃；关闭高温炉，对高温加热后的有机质颗粒进行冷却，以得到所述成熟期的有机质颗粒，或
所述有机质颗粒为过成熟期的有机质颗粒，所述获取有机质颗粒，包括：获取所述未成熟期的有机质颗粒；将所述未成熟期的有机质颗粒放入高温炉中进行高温加热；其中，高温加热的上限温度为700℃；关闭高温炉，对高温加热后的有机质颗粒进行冷却，以得到所述过成熟期的有机质颗粒；
所述胶结剂包括环氧树脂和固化剂；所述环氧树脂和所述固化剂的质量比为2比1；所述胶结剂与所述混合粉末的质量比为1.1比10。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温炉从室温开始进行加热，加热速率为5℃/min，当达到所述上限温度后，维持所述上限温度继续加热2小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述混合粉末中，有机质占比3％～10％，石英占比42％～49％，方解石占比18％，高岭土占比30％。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述石英颗粒的细度、所述方解石颗粒及所述高岭土颗粒的细度均为2000～3000目。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述有机质颗粒与石英颗粒、方解石颗粒、高岭土颗粒进行混合研磨，得到混合粉末，包括：
通过球磨机对所述有机质颗粒、所述石英颗粒、所述方解石颗粒及所述高岭土颗粒进行混合研磨，以得到所述混合粉末；其中，所述球磨机包括第一球磨珠、第二球磨珠及第三球磨珠；所述第一球磨珠、所述第二球磨珠及所述第三球磨珠的个数比为2:2:2；所述第一球磨珠的直径为15-20mm；所述第二球磨珠的直径为10-15mm；所述第三球磨珠的直径为5-10mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合体的细度大于300目。
7.一种页岩物理模型，其特征在于，所述页岩物理模型通过如权利要求1-6中任一项所述的不同成熟度页岩物理模型制作方法制作而成。
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