CN115824744A - 一种co2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型及制作方法，本发明通过多注入点同时注入、双通道饱和及低温冷冻处理的方法实现了在真实岩心孔喉中对水膜厚度的精准控制，为有关水膜厚度的相关实验研究提供了一种全新的模型和方法。同时本发明通过观察在不同水膜厚度下CO2与原油、水膜的赋存状态，CO2‑油‑水之间的相互作用效果，CO2的渗流状态、渗流路径等现象，可以直观分析不同厚度下水膜的存在对CO2驱油效果的影响机理，对深入研究水的存在对CO2驱油效果的影响机理、认识水膜存在状况下、不同水膜厚度情况下CO2驱油过程的特征和机理提供了一种新的工具和方法。
Description
技术领域
本发明涉及油气田实验的技术领域，具体而言，尤其涉及一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型及其制作方法。
背景技术
已有研究表明在CO2驱油过程中，水膜的存在会抑制CO2的重力超覆作用，延缓CO2的突破时间，这对CO2的驱油效果有积极作用[1]；但同时水膜又会降低CO2与原油之间的传质作用，从而降低CO2的驱油效果[2]；在这两者的共同作用下水膜对CO2驱油效果的影响存在随机性和不确定性，其中水膜厚度会显著影响这两者的作用效果，不同水膜厚度可能会有不同的作用机理主导水膜对CO2驱油效果的影响，但现有研究在揭示水膜厚度对CO2驱油效果影响相关机理方面存在研究瓶颈，其中之一就是无法实现对水膜厚度的精准控制[3-5]。针对目前岩心模型无法实现固定水膜难题且无法实现在可视化模型中各处水膜等厚的问题，亟需提出一种能够解决上述难题的方法。
参考文件：
[1]Williams J K,Dawe R A.Critical behavior of phase separatingmixtures in porous media(多孔介质中相分离混合物的临界行为)[J].Journal ofcolloid and interface science,1987,117(1):81-86.
[2]Wang X,Mohanty K K.Pore-network model of flow in gas/condensatereservoirs(凝析气藏流动的孔网模型)[J].SPE Journal,2000,5(04):426-434.
[3]Wang H,Liao X W,Zhao X L.The influence of CO2 solubility inreservoir water on CO2 flooding and storage of CO2 injection into a waterflooded low permeability reservoir(CO2在储层水中的溶解度对水淹低渗透油藏CO2驱及CO2注入储集的影响)[J].Energy Sources,Part A:Recovery,Utilization,andEnvironmental Effects,2014,36(8):815-821.
[4]Zhao Y,Zhang Q,Chen X.Experimental investigation on effect ofwater film thickness in unsaturated sandstone cores on CO2 transport duringgeologic storage(非饱和砂岩岩心水膜厚度对地质储存过程中CO2运移影响的实验研究)[J].Journal of Hydrology,2021,601:126595.
[5]Ma D S,Zhang K,Qin J S.Flow properties of CO2/crude oil inmiscible phase flooding(混相驱CO2/原油流动特性)[J].Petroleum science andtechnology,2010,28(14):1427-1433.
发明内容
根据上述背景技术中提到的无法实现固定水膜且无法实现在可视化模型中各处水膜等厚的技术问题，而提供一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型及其制作方法。本发明通过多注入点同时注入、双通道饱和及低温冷冻处理的方法实现了在真实岩心孔喉中对水膜厚度的精准控制，为有关水膜厚度的相关实验研究提供了一种全新的模型和方法。
本发明采用的技术手段如下：
一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型，包括：相对设置的模型底板及模型盖板；模型盖板上设置有模型注入微孔和模型采出微孔，所述模型注入微孔用于注入驱替介质，所述模型采出微孔用于采出采出液。作为一种优选的实施方式，模型底板上设置有根据天然岩心孔喉分布图像生成的模型基质、饱和油区域以及水膜区域；水膜区域位于所述模型基质外，具有固定厚度；所述模型底板上除去模型基质和水膜区域外的区域为饱和油区域；所述模型底板和模型盖板粘结后固定为一体。
本发明还包含一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作方法，包括以下步骤：
步骤一：获取天然岩心二维孔喉分布图像；
步骤二：确定饱和注入点分布图和注入采出点分布图，获取饱和油区域图像和水膜区域图像；
所述饱和注入点包括饱和油注入点和饱和水注入点；确定饱和注入点分布图按照如下路径进行：
提取经由步骤一获得的天然岩心孔喉分布图像中的岩石模型基质，将所述岩石模型基质的外边界向外延伸形成又一封闭边界，所述封闭边界与所述岩石模型基质的外边界之间距离为a，标记所述封闭边界与所述岩石模型基质的外边界间的区域为水膜区域，对应图像为水膜区域图像；所述天然岩心孔喉分布图像中去除所述水膜区域外的区域为饱和油区域，对应图像为饱和油区域图像；
在每一水膜区域内任意选取n个点，将该点位置标记为该水膜区域的饱和水注入点；计算两两相邻水膜区域间的最短路径，以所述最短路径的路径中点为圆心，所述以最短路径的距离大小的1/3为半径作圆，在圆形区域内任意标记一点即为该区域饱和油注入点；
所述注入采出点包括注入点和采出点，所述注入点用于注入驱替介质，所述采出点用于采出采出液；确定注入采出点分布图按照如下路径进行：
从经由步骤一获得的天然岩心孔喉分布图像中的中心向任意两个对角作射线，标记两射线与所述天然岩心孔喉分布图像中孔喉区域最后的交点位置，选择其中任意一个交点作为注入点，另一个作为采出点，两交点的位置构成所述注入采出点分布图；所述孔喉区域为模型中除去基质外的其他区域；所述水膜区域和所述饱和油区域构成所述孔喉区域；
步骤三：根据步骤二确定的饱和注入点分布图，以透明光刻玻璃制作双通道饱和模型盖板，所述模型盖板上开有若干分别对应饱和油注入点和饱和水注入点的微孔，在所述微孔上布置微型针头；将所有对应饱和水注入点的微型针头通过管路汇于一个微型针头注液端，作为饱和水注入端，将所有对应饱和油注入点的微型针头通过管路汇于一个微型针头注液端，作为饱和油注入端；
步骤四：通过所述步骤二中获取的饱和注入点分布图，利用步骤三中制作的双通道饱和模型盖板，以透明光刻玻璃为底板材质，依序采用分步光刻、双通道饱和以及低温冷冻的手段，得到模型底板，所述模型底板上具有根据天然岩心孔喉分布图像生成的模型基质、饱和油区域以及水膜区域，水膜区域位于所述模型基质外，具有固定厚度；
步骤五，根据步骤二确定的注入采出点分布图，制作模型盖板；具体路径如下：将注入采出点分布图打印在与所述模型底板尺寸和材质相同的另一块盖板上，利用微型钻机激光钻取注入孔和采出孔，并将经由步骤四得到的模型底板和本步骤得到的模型盖板粘接得到一体化的岩心模型；将所述岩心模型置于常温，待油水融化为液态，完成CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作。
更进一步地，所述步骤一中，获取天然岩心二维孔喉分布图像按照如下路径进行，对选取的天然岩心进行洗油处理后烘干，根据模型设计尺寸对岩心进行切片，利用CT扫描切片获取岩心扫描图像，利用MATLAB软件的图像处理功能区分出岩心扫描图像中的岩石基质和孔隙，之后，将区分出岩石基质和孔隙后的岩心扫描图像换为二维孔喉分布图像。
更进一步地，所述步骤四中，述及的采用分步光刻、双通道饱和以及低温冷冻的具体路径如下：
首先选取亲水性耐高温高压的透明光刻玻璃作为模型底板，在所述模型底板上涂底膜，光刻正胶，利用紫外光将经由步骤二中获得的饱和油区域图像在光刻正胶上曝光，将饱和油区域图像转移到模型底板上，待显影后随着饱和油区域上的光刻胶和底膜溶解，暴露出饱和油区域玻璃基质，利用氢氟酸刻蚀饱和油区域，在底板上刻蚀出深度为c的凹槽，即为饱和油区域凹槽，刻蚀完成后去除底膜和正胶；
选取另一块厚度为c的透明玻璃，在上面涂底膜，光刻负胶，利用紫外线将步骤二饱和油区域在光刻负胶上曝光，将饱和油区域图像转移到光刻玻璃上，待显影后随着饱和油区域以外负胶和底膜溶解，暴露出饱和油区域以外玻璃基质，利用氢氟酸刻蚀饱和油以外区域，将饱和油以外区域全部刻蚀，得到厚度为c的饱和油区域形状的光刻玻璃，将该光刻玻璃放置在所述饱和油区域凹槽内；
在所述模型底板上涂底膜，光刻正胶，利用紫外线将将经由步骤二中获得的水膜区域图像曝光在正胶上，待显影后随着水膜区域正胶溶解暴露出水膜区域玻璃基质，利用氢氟酸刻蚀水膜区域，刻蚀完成后去除底膜和正胶，将所述模型底板和经由步骤三制作的双通道饱和模型盖板，利用玻璃胶粘结，通过饱和水通道对刻蚀后的水膜区域饱和水，置于冷冻环境，使水膜凝固，得到固定厚度的水膜；
溶解玻璃胶，打开所述双通道饱和模型盖板，取出在饱和油区域凹槽内的玻璃，重新利用玻璃胶粘结底板和双通道饱和模型盖板，通过饱和油通道在饱和油区域饱和油后置于冷冻环境，使饱和油凝固，完成固定水膜厚度模型饱和；
在保证水膜能处于凝固状态的操作环境中溶解玻璃胶，取下所述双通道饱和模型盖板，并保持操作环境不变。
更进一步地，步骤二中，n取值范围在1-3之间。
进一步地，，步骤四中，光刻正胶采用旋涂的方式，旋涂速度范围在2000-4000rpm，光刻正胶厚度在30-50μm，光刻负胶厚度在30-50μm；烘箱温度为90-100℃，烘制时间为3-5min；将饱和油区域图像转移到光刻负胶上时，曝光时间为10-30min；浸泡时间为30-60s。
更进一步地，步骤四中，氢氟酸刻蚀水膜区域采用的氢氟酸浓度为35％-65％，曝光时间为10-30min，盐酸浓度为25％，环境操作温度为-10℃-0℃。
进一步地，步骤四中，所述冷冻环境温度范围在-20℃至-5℃。
进一步地，所述所述封闭边界与所述岩石模型基质的外边界之间距离a的范围为10nm-100nm。
进一步地，所述计算两两相邻水膜区域间的最短路径首先获取A、B两水膜区域外边界上的轮廓点，计算A水膜区域上任意一个轮廓点与B水膜区域上所有轮廓点的距离，计算完成后A水膜区域参与计算的轮廓点被屏蔽，计算剩下的轮廓点中任意一点与B水膜区域所有轮廓点的距离，循环计算直到A水膜区域所有轮廓点都参与计算，比较计算获得的所有距离值，其中最小值即为水膜区域A、B之间的最短距离b，构成b的A、B水膜区域上的两个轮廓点之间的路径即为A、B两水膜区域之间的最短路径；所述A、B为任意两两相邻的两个水膜区域。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过观察在不同水膜厚度下CO2与原油、水膜的赋存状态，CO2-油-水之间的相互作用效果，CO2的渗流状态、渗流路径等现象，可以直观分析不同厚度下水膜的存在对CO2驱油效果的影响机理，对深入研究水的存在对CO2驱油效果的影响机理、认识水膜存在状况下、不同水膜厚度情况下CO2驱油过程的特征和机理提供了一种新的工具和方法。
本发明对认识和揭示不同CO2驱替过程中水膜厚度的影响具有广阔应用价值，可以将本发明推广到不同CO2驱替方式中，基于本发明研究水膜的存在和不同水膜厚度对CO2混相驱、CO2非混相驱、CO2-水交替注入等不同驱替方式的影响机理，进一步深入研究水相的存在对CO2驱油的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明固定水膜厚度的可视化岩心模型示意图。
图2为本发明模型盖板和双通道饱和装置示意图。
图3为本发明模型底板俯视图和水膜区域局部放大图。
图中：1为模型底板，2为带注入采出孔的模型盖板，3为模型注入微孔，4为模型采出微孔，5为饱和油区域，6为模型基质，7为水膜区域，8为带双通道饱和装置的模型盖板，9为饱和水注入微孔，10为饱和油注入微孔。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1-3所示，本发明提供了一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型，包括：相对设置的模型底板1及模型盖板2；模型盖板2上设置有模型注入微孔3和模型采出微孔4，所述模型注入微孔3用于注入驱替介质，所述模型采出微孔4用于采出采出液。
作为一种优选的实施方式，模型底板1上设置有根据天然岩心孔喉分布图像生成的模型基质6、饱和油区域5以及水膜区域7；水膜区域7位于所述模型基质6外，具有固定厚度；所述模型底板1上除去模型基质6和水膜区域7外的区域为饱和油区域5；所述模型底板1和模型盖板2粘结后固定为一体。
本发明还包含一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作方法，包括以下步骤：
步骤一：获取天然岩心二维孔喉分布图像；对选取的天然岩心进行洗油处理后烘干，根据模型设计尺寸对岩心进行切片，利用CT扫描切片获取岩心扫描图像，利用MATLAB软件的图像处理功能区分出岩心扫描图像中的岩石基质和孔隙，之后，将区分出岩石基质和孔隙后的岩心扫描图像换为二维孔喉分布图像；
步骤二：确定饱和注入点分布图和注入采出点分布图，获取饱和油区域图像和水膜区域图像；
所述饱和注入点包括饱和油注入点和饱和水注入点；确定饱和注入点分布图按照如下路径进行：
提取经由步骤一获得的天然岩心孔喉分布图像中的岩石模型基质，所述岩石模型基质的外边界向外延伸形成又一封闭边界，所述封闭边界与所述岩石模型基质的外边界之间距离为a，标记所述封闭边界与所述岩石模型基质的外边界间的区域为水膜区域，对应图像为水膜区域图像；所述天然岩心孔喉分布图像中去除所述水膜区域外的区域为饱和油区域，对应图像为饱和油区域图像。作为一种优选的实施方式，在本申请中，所述封闭边界与所述岩石模型基质的外边界之间距离a的范围为10nm-100nm。
在每一水膜区域内任意选取n个点，将该点位置标记为该水膜区域的饱和水注入点；计算两两相邻水膜区域间的最短路径，以所述最短路径的路径中点为圆心，所述以最短路径的长度的1/3为半径作圆，在圆形区域内任意标记一点即为该区域饱和油注入点。
所述注入采出点包括注入点和采出点，所述注入点用于注入驱替介质，所述采出点用于采出采出液；确定注入采出点分布图按照如下路径进行：
从经由步骤一获得的天然岩心孔喉分布图像中的中心向任意两个对角作射线，标记两射线与所述天然岩心孔喉分布图像中孔喉区域最后的交点位置，选择其中任意一个交点作为注入点，另一个作为采出点，两交点的位置构成所述注入采出点分布图；所述孔喉区域为模型中除去基质外的其他区域；所述水膜区域和所述饱和油区域构成所述孔喉区域。
步骤三：根据步骤二确定的饱和注入点分布图，以透明光刻玻璃制作双通道饱和模型盖板，所述模型盖板上开有若干分别对应饱和油注入点和饱和水注入点的微孔，在所述微孔上布置微型针头；将所有对应饱和水注入点的微型针头通过管路汇于一个微型针头注液端，作为饱和水注入端，将所有对应饱和油注入点的微型针头通过管路汇于一个微型针头注液端，作为饱和油注入端。
步骤四：通过所述步骤二中获取的饱和注入点分布图，利用步骤三中制作的双通道饱和模型盖板，以透明光刻玻璃为底板材质，依序采用分步光刻、双通道饱和以及低温冷冻的手段，得到模型底板，所述模型底板上具有根据天然岩心孔喉分布图像生成的模型基质、饱和油区域以及水膜区域，水膜区域位于所述模型基质外，具有固定厚度。具体路径如下：
首先选取亲水性耐高温高压的透明光刻玻璃作为模型底板，在所述模型底板上涂底膜，光刻正胶，利用紫外光将经由步骤二中获得的饱和油区域图像在光刻正胶上曝光，将饱和油区域图像转移到模型底板上，待显影后随着饱和油区域上的光刻胶和底膜溶解，暴露出饱和油区域玻璃基质，利用氢氟酸刻蚀饱和油区域，在底板上刻蚀出深度为c的凹槽，即为饱和油区域凹槽，刻蚀完成后去除底膜和正胶；
选取另一块厚度为c的透明玻璃，在上面涂底膜，光刻负胶，利用紫外线将步骤二饱和油区域在光刻负胶上曝光，将饱和油区域图像转移到光刻玻璃上，待显影后随着饱和油区域以外负胶和底膜溶解，暴露出饱和油区域以外玻璃基质，利用氢氟酸刻蚀饱和油以外区域，将饱和油以外区域全部刻蚀，得到厚度为c的饱和油区域形状的光刻玻璃，将该光刻玻璃放置在所述饱和油区域凹槽内。
在所述模型底板上涂底膜，光刻正胶，利用紫外线将将经由步骤二中获得的水膜区域图像曝光在正胶上，待显影后随着水膜区域正胶溶解暴露出水膜区域玻璃基质，利用氢氟酸刻蚀水膜区域，刻蚀完成后去除底膜和正胶，将所述模型底板和经由步骤三制作的双通道饱和模型盖板，利用玻璃胶粘结，通过饱和水通道对刻蚀后的水膜区域饱和水，置于冷冻环境，使水膜凝固，得到固定厚度的水膜；溶解玻璃胶，打开所述双通道饱和模型盖板，取出在饱和油区域凹槽内的玻璃，重新利用玻璃胶粘结底板和双通道饱和模型盖板，通过饱和油通道在饱和油区域饱和油后置于冷冻环境，使饱和油凝固，完成固定水膜厚度模型饱和；在保证水膜能处于凝固状态的操作环境中溶解玻璃胶，取下所述双通道饱和模型盖板，并保持操作环境不变。
步骤五，根据步骤二确定的注入采出点分布图，制作模型盖板；具体路径如下：将注入采出点分布图打印在与所述模型底板尺寸和材质相同的另一块盖板上，利用微型钻机激光钻取注入孔和采出孔，并将经由步骤四得到的模型底板和本步骤得到的模型盖板粘接得到一体化的岩心模型；将所述岩心模型置于常温，待油水融化为液态，完成CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作。
实施例1
作为本申请的一种实施例，本实施例中包含一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型，如图1所示，包括：相对设置的模型底板1及模型盖板2；模型盖板2上设置有模型注入微孔3和模型采出微孔4，所述模型注入微孔3用于注入驱替介质，所述模型采出微孔4用于采出采出液。作为一种优选的实施方式，模型底板1上设置有根据天然岩心孔喉分布图像生成的模型基质6、饱和油区域5以及水膜区域7；水膜区域7位于所述模型基质6外，具有固定厚度；所述模型底板1上除去模型基质6和水膜区域7外的区域为饱和油区域5；所述模型底板1和模型盖板2粘结后固定为一体。
实施例2
本实施例制作一块边长为50mm×50mm，盖板厚度3mm，底板厚度5mm，孔隙深度3mm，水膜厚度100nm的CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型，本实施例的实现包括以下步骤：
步骤一：选取天然岩心后参照国家标准对岩心进行洗油处理，洗油完成后将岩心放入恒温箱烘干8h；烘干完成后对岩心进行切片处理，切片厚度1mm，切片尺寸50mm×50mm，利用研磨机将切片上下打磨平整。将打磨后的天然岩心切片置入CT扫描仪中获取天然岩心切片的CT扫描图像，利用MATLAB的图像处理模块，找出CT扫描图像中的色彩变化规律，通过调整相关参数得到岩心切片的二值图像，准确区分岩石基质和孔喉，从而将岩心扫描图像转换为二维孔喉分布图像。
在本实施例中，在对岩心进行洗油操作时优选甲苯进行洗油，甲苯能够比较彻底的洗去天然岩心中的原始流体，并且在高温下易挥发，后续处理较为容易。
步骤二：通过MATLAB的图像处理功能，根据色彩差异标记步骤一孔喉分布图像中的岩石模型基质，然后提取所有模型基质外一固定宽度100nm范围内图像，标记这些环状区域为水膜区域，所有水膜区域组成水膜区域分布图；步骤一孔喉区域中去除水膜区域以外部分标记为饱和油区域；水膜区域由一系列环状区域组成，在每一水膜区域范围内任意标定3点，作为饱和水注入点；计算两两相邻水膜区域间最短路径，以所述最短路径的路径中点为圆心，所述以最短路径的长度的1/3为半径作圆，作为优选的实施方式，b一般介于50nm-200nm之间，根据不同的岩心切片会有所波动，所以最短路径的1/3可以认为介于15nm-70nm之间。在圆形区域内任意标记一点即为该区域饱和油注入点所有饱和水注入点和饱和油注入点组成双通道饱和注入点分布图；从步骤一孔喉分布图像中心向任意两个对角作射线，标记两射线与孔喉区域的最后交点，选择其中一个作为驱替介质注入点，另一个作为采出液采出点，两交点组成注入采出点分布图。
步骤三：选取两块亲水性耐高温高压的透明玻璃作为模型盖板，盖板尺寸50mm×50mm，厚度3mm；将步骤二中确定的双通道饱和注入点分布图打印在其中一块玻璃盖板上，利用微型激光钻机钻取注入微孔，微孔直径200μm；然后在微孔上布置微型针头作为注入装置，针头针体直径200μm，针孔直径可以介于10nm-50nm之间。；将所有饱和水注入点针头注液端汇于一点，所有饱和油注入点针头注入端汇于一点，完成带双通道饱和装置盖板的制作；将步骤二中确定的注入才出点分布图打印在另外一块玻璃盖板上，利用微型激光钻机钻取注入采出孔，注入采出孔直径500μm，完成后利用胶塞封堵注入孔和采出孔。
步骤四：选取亲水性耐高温高压的透明光刻玻璃作为模型底板，底板尺寸50mm×50mm，厚度8mm，在底板上涂底膜，旋涂光刻正胶，旋涂速度3000rpm，光刻正胶厚度50μm，旋涂后将底板放入温度为100℃的烘箱中烘制5min，烘制完成后底板恢复至室温，利用汞灯照射曝光，将饱和油区域图像转移到光刻正胶上，曝光时间20min；曝光后将底板浸泡于显影液中45s，显影完成后立即用去离子水冲洗，冲洗完成待底板完全干燥后利用浓度为50％的氢氟酸刻蚀饱和油区域，刻蚀时间为5s，最后去除残余的底膜和光刻胶，刻蚀后饱和油区域的深度5mm；选取一块厚度为5mm透明玻璃，尺寸与底板、盖板相同，在上面涂底膜，旋涂光刻负胶，旋涂速度2500rpm，光刻负胶厚度30μm，旋涂后将底板放入温度为100℃的烘箱中烘制3min，烘制完成后待底板恢复至室温，利用汞灯照射曝光，将饱和油区域图像转移到光刻负胶上，曝光时间15min；曝光后将底板浸泡于显影液中，浸泡30s，显影完成后立即用去离子水冲洗，待完全干燥后利用浓度为65％的氢氟酸刻蚀得到厚度为5mm，形状与饱和油区域相同的透明玻璃，将该玻璃放置在底板上饱和油区域凹槽内；再次在底板上涂底膜，旋涂光刻正胶，旋涂速度3000rpm，光刻正胶厚度50μm，旋涂后将底板放入温度为100℃的烘箱中烘制5min，烘制完成后底板恢复至室温，利用汞灯照射曝光，将水膜区域图像转移到光刻正胶上，曝光时间20min；曝光后将底板浸泡于显影液中，浸泡45s，显影完成后立即用去离子水冲洗，待底板完全干燥后利用浓度为50％的氢氟酸刻蚀水膜区域，刻蚀时间为5s，最后去除残余的底膜和光刻胶；将底板和带双通道饱和装置的盖板利用玻璃胶粘结，通过饱和水通道在刻蚀后的水膜区域饱和水，将光刻玻璃置于-20℃环境，使水膜凝固，得到固定厚度的水膜；在-20℃环境操作，利用浓度25％的HCl溶液溶解玻璃胶，将光刻玻璃盖板取下，取出在饱和油区域凹槽内的玻璃，将底板和带双通道饱和装置的盖板利用玻璃胶粘结，通过饱和油通道在饱和油区域饱和油，将光刻玻璃置于-20℃环境，使饱和油凝固，完成固定水膜厚度模型饱和；在-20℃环境操作，利用浓度25％的HCl溶液溶解玻璃胶，将带双通道饱和装置的盖板取下，利用玻璃胶将步骤三中另一块同尺寸、钻有注入孔和采出孔的盖板与底板粘接，将模型置于常温，待油水融化为液态，完成CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作及固定水膜厚度饱和。
按照以上步骤实现CO2驱用水膜厚度精确控制到100nm的可视化岩心模型制作。
通过改变MATLAB提取的孔喉边缘范围宽度和饱和油水的量，依据上述步骤可实现CO2驱用可视化岩心模型中水膜厚度的精准控制。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。
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CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型，包括相对设置的模型底板(1)及模型盖板(2)，模型盖板(2)上设置有注入微孔(3)和模型采出微孔(4)，所述注入微孔(3)用于注入驱替介质，所述模型采出微孔(4)用于采出采出液；其特征在于：
所述模型底板(1)上设置有根据天然岩心孔喉分布图像生成的模型基质(6)、饱和油区域(5)以及水膜区域(7)；所述水膜区域(7)设置在所述模型基质(6)外，具有固定厚度；所述模型底板(1)上除去模型基质(6)和水膜区域(7)外的区域为饱和油区域(5)；
所述模型底板(1)和模型盖板(2)粘结后固定为一体。
2.一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：获取天然岩心二维孔喉分布图像；
步骤二：确定饱和注入点分布图和注入采出点分布图，获取饱和油区域图像和水膜区域图像；
所述饱和注入点包括饱和油注入点和饱和水注入点；确定饱和注入点分布图按照如下路径进行：
提取经由步骤一获得的天然岩心孔喉分布图像中的岩石模型基质，将所述岩石模型基质的外边界向外延伸形成又一封闭边界，所述封闭边界与所述岩石模型基质的外边界之间距离为a，标记所述封闭边界与所述岩石模型基质的外边界间的区域为水膜区域，对应图像为水膜区域图像；所述天然岩心孔喉分布图像中去除所述水膜区域外的区域为饱和油区域，对应图像为饱和油区域图像；
在每一水膜区域内任意选取n个点，将该点位置标记为该水膜区域的饱和水注入点；计算两两相邻水膜区域间的最短路径，以所述最短路径的路径中点为圆心，所述以最短路径的长度的1/3为半径作圆，在圆形区域内任意标记一点即为该区域饱和油注入点；
所述注入采出点包括注入点和采出点，所述注入点用于注入驱替介质，所述采出点用于采出采出液；确定注入采出点分布图按照如下路径进行：
从经由步骤一获得的天然岩心孔喉分布图像中的中心向任意两个对角作射线，标记两射线与所述天然岩心孔喉分布图像中孔喉区域最后的交点位置，选择其中任意一个交点作为注入点，另一个作为采出点，两交点的位置构成所述注入采出点分布图；所述孔喉区域为模型中除去基质外的其他区域；所述水膜区域和所述饱和油区域构成所述孔喉区域；
步骤三：根据步骤二确定的饱和注入点分布图，以透明光刻玻璃制作双通道饱和模型盖板，所述模型盖板上开有若干分别对应饱和油注入点和饱和水注入点的微孔，在所述微孔上布置微型针头；将所有对应饱和水注入点的微型针头通过管路汇于一个微型针头注液端，作为饱和水注入端，将所有对应饱和油注入点的微型针头通过管路汇于一个微型针头注液端，作为饱和油注入端；
步骤四：通过所述步骤二中获取的饱和注入点分布图，利用步骤三中制作的双通道饱和模型盖板，以透明光刻玻璃为底板材质，依序采用分步光刻、双通道饱和以及低温冷冻的手段，得到模型底板，所述模型底板上具有根据天然岩心孔喉分布图像生成的模型基质、饱和油区域以及水膜区域，水膜区域位于所述模型基质外，具有固定厚度；
步骤五，根据步骤二确定的注入采出点分布图，制作模型盖板；具体路径如下：将注入采出点分布图打印在与所述模型底板尺寸和材质相同的另一块盖板上，利用微型钻机激光钻取注入孔和采出孔，并将经由步骤四得到的模型底板和本步骤得到的模型盖板粘接得到一体化的岩心模型；将所述岩心模型置于常温，待油水融化为液态，完成CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作。
3.根据权利要求2所述的一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作方法，其特征在于，所述步骤一中，获取天然岩心二维孔喉分布图像按照如下路径进行，对选取的天然岩心进行洗油处理后烘干，根据模型设计尺寸对岩心进行切片，利用CT扫描切片获取岩心扫描图像，利用MATLAB软件的图像处理功能区分出岩心扫描图像中的岩石基质和孔隙，之后，将区分出岩石基质和孔隙后的岩心扫描图像换为二维孔喉分布图像。
4.根据权利要求3所述的一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作方法，其特征在于，所述步骤四中，述及的采用分步光刻、双通道饱和以及低温冷冻的具体路径如下：
首先选取亲水性耐高温高压的透明光刻玻璃作为模型底板，在所述模型底板上涂底膜，光刻正胶，利用紫外光将经由步骤二中获得的饱和油区域图像在光刻正胶上曝光，将饱和油区域图像转移到模型底板上，待显影后随着饱和油区域上的光刻胶和底膜溶解，暴露出饱和油区域玻璃基质，利用氢氟酸刻蚀饱和油区域，在底板上刻蚀出深度为c的凹槽，即为饱和油区域凹槽，刻蚀完成后去除底膜和正胶；
选取另一块厚度为c的透明玻璃，在上面涂底膜，光刻负胶，利用紫外线将步骤二饱和油区域在光刻负胶上曝光，将饱和油区域图像转移到光刻玻璃上，待显影后随着饱和油区域以外负胶和底膜溶解，暴露出饱和油区域以外玻璃基质，利用氢氟酸刻蚀饱和油以外区域，将饱和油以外区域全部刻蚀，得到厚度为c的饱和油区域形状的光刻玻璃，将该光刻玻璃放置在所述饱和油区域凹槽内；
在所述模型底板上涂底膜，光刻正胶，利用紫外线将将经由步骤二中获得的水膜区域图像曝光在正胶上，待显影后随着水膜区域正胶溶解暴露出水膜区域玻璃基质，利用氢氟酸刻蚀水膜区域，刻蚀完成后去除底膜和正胶，将所述模型底板和经由步骤三制作的双通道饱和模型盖板，利用玻璃胶粘结，通过饱和水通道对刻蚀后的水膜区域饱和水，置于冷冻环境，使水膜凝固，得到固定厚度的水膜；
溶解玻璃胶，打开所述双通道饱和模型盖板，取出在饱和油区域凹槽内的玻璃，重新利用玻璃胶粘结底板和双通道饱和模型盖板，通过饱和油通道在饱和油区域饱和油后置于冷冻环境，使饱和油凝固，完成固定水膜厚度模型饱和；
在保证水膜能处于凝固状态的操作环境中溶解玻璃胶，取下所述双通道饱和模型盖板，并保持操作环境不变。
5.根据权利要求4所述的一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作方法，其特征在于，步骤二中，n取值范围在1-3之间。
6.根据权利要求5所述的一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作方法，其特征在于，步骤四中，光刻正胶采用旋涂的方式，旋涂速度范围在2000-4000rpm，光刻正胶厚度在30-50μm，光刻负胶厚度在30-50μm；烘箱温度为90-100℃，烘制时间为3-5min；将饱和油区域图像转移到光刻负胶上时，曝光时间为10-30min；浸泡时间为30-60s。
7.根据权利要求6所述的一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作方法，其特征在于，步骤四中，氢氟酸刻蚀水膜区域采用的氢氟酸浓度为35％-65％，曝光时间为10-30min，盐酸浓度为25％，环境操作温度为-10℃-0℃。
8.根据权利要求7所述的一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作方法，其特征在于，步骤四中，所述冷冻环境温度范围在-20℃至-5℃。
9.根据权利要求1所述的一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作方法，其特征在于，所述封闭边界与所述岩石模型基质的外边界之间距离a的范围为10nm-100nm。
10.根据权利要求1所述的一种CO2驱实验用固定水膜厚度的可视化岩心模型制作方法，其特征在于，所述计算两两相邻水膜区域间的最短路径首先获取A、B两水膜区域外边界上的轮廓点，计算A水膜区域上任意一个轮廓点与B水膜区域上所有轮廓点的距离，计算完成后A水膜区域参与计算的轮廓点被屏蔽，计算剩下的轮廓点中任意一点与B水膜区域所有轮廓点的距离，循环计算直到A水膜区域所有轮廓点都参与计算，比较计算获得的所有距离值，其中最小值即为水膜区域A、B之间的最短距离b，构成b的A、B水膜区域上的两个轮廓点之间的路径即为A、B两水膜区域之间的最短路径；所述A、B为任意两两相邻的两个水膜区域。
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