CN1332368A - 微观渗流仿真模型的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及研究石油天然气等地下流体在多孔介质内的渗流模型的制作,特征是采用光化学蚀刻技术工艺,将天然岩芯切片的孔隙结构精确光刻到平面光学玻璃上,经氢氟酸蚀刻后高温烧结成型制成。本发明优点在于:模型易于观察,可根据需要改性和再生,可能真实反映多孔介质中润湿性和粗糙度的多样性,使对地层内流体实验与测试更加准确。
Description
本发明涉及渗流模型的制作、改性和再生技术，是一种微观渗流仿真模型的制作方法。
研究流体在多孔介质内的渗流问题，对于石油天然气等地下流体资源的开发、地面工程及河流堤坝的防渗等具有十分重要的意义。但长期以来，对于多孔介质中渗流问题的研究多采用宏观的方法，以天然岩芯或人造地质模型为研究对象，只能从测量进出岩芯或模型两端流体的压差、流量等参数来推断岩芯或模型中渗流的情况，而不能直接观察到多孔体系中流体运动的具体状况以及流体与孔隙表面的相互作用等具体细节。为了模拟和观测多孔介质中微观渗流的动态，1952年Chatenever[AIME，V.192(1952)]研制出单层玻璃珠模型，并对不互溶的二相渗流进行观测；1961年Mattax等[Oil and GasJ.，No.42(1961)]研制出微毛管网络模型，并观测了油水渗流状态；1971年Donaldson[SPE of AIME，46th.Fall Meeting Vol.2(1971)]公布了一种石英砂夹层模型，用来研究水湿结构中油的分布。这些模型的优点是透明的，可借助显微镜等观测仪器直接观察模型内部渗流的具体细节。但是所有这些人工模型的孔隙结构都是理想化的设计，不能反映真实的多孔介质中复杂多变的孔隙结构，如地层中孔隙结构的情况；同时这些人工模型的润湿性和粗糙度也是固定不变的，同样不能反映真实多孔介质中润湿性和粗糙度的多样性；并且当应用这些模型来研究像石油这样成分复杂而且粘稠流体的渗流时，由于吸附、粘滞等原因，很容易堵塞模型内部的渗流通道，而又不易清洗，以致使这些模型往往使用一次之后就不能再用了。
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种易观察、可改性和再生、能真实反映多孔介质中润湿性和粗糙度的多样性的微观渗流仿真模型的制作方法。
本发明技术方案如下：
采用光化学蚀刻技术工艺，将天然岩芯切片的孔隙结构精确光刻到平面光学玻璃上，经氢氟酸蚀刻后高温烧结成型制成的。
其具体过程是：
a.将天然岩芯切割成薄片并抽提烘干，在真空条件下注入染色的热固性塑料，加压并研磨；
b.用正片胶片对岩芯中的孔道结构显微照相，再用负片进行缩微照相成胶
片；
c.在两块玻璃的一面镀上金属膜，涂上光刻胶；将胶片覆盖并在紫外光下光刻；
d.然后再将光刻后玻璃板的另一面涂上防腐蜡，放入氢氟酸中蚀刻；
e.将玻璃板带有刻痕的一面相对重迭，放进高温炉内烧结成型。
本发明还提供以下技术方案：
高温炉炉内烧结温度在500℃～600℃。
氢氟酸的浓度控制在20％～50％，在氢氟酸蚀刻时可加入磷酸作为缓蚀剂。
烧结成型的模型在硅烷溶液中浸泡处理，硅烷溶液的浓度为0.3％～1.5％，烧结成型的模型在硅烷溶液中浸泡时间为15～25分钟。
模型可用石油醚清洗、高温烘烤、碱水浸泡再生。
模型再生的高温烘烤温度为500℃～600℃，时间为9小时。
本发明优点在于：模型易于观察，可根据需要改性和再生，可能真实反映多孔介质中润湿性和粗糙度的多样性，使对地层内流体实验与测试更加准确。
本发明实施例过程如下：
制作岩芯薄片：将天然岩芯切割成薄片，抽提烘干后，在真空条件下注入染色的热固性塑料，加压、成型、研磨，用阿拉伯胶粘贴在玻璃片上；
正片胶片对岩芯薄片显微照相，拼接照片，将岩芯中的孔道结构(即染色塑料占据位置)描绘在描图纸上，再用负片胶片以一定的倍数进行缩微照相，将胶片冲洗后待用；
制两块相同大小的平板光学玻璃板，分别在其一面镀上金属膜，涂上光刻胶；将冲洗过的胶片覆盖在具有光刻胶一面的玻璃板上，在紫外光下进行光刻，然后再将光刻、腐蚀、清洗、烘干好的玻璃板的另一面涂上防腐蜡，放入氢氟酸中蚀刻；
将玻璃板从氢氟酸中取出冲洗、凉干，将带有刻痕的一面相对重迭在一起，一并放进高温炉内烧结成型，炉内温度控制在550℃左右，过高可能熔化玻璃板，使得刻痕弥合，过低则不能使二块玻璃结合成一体。
为了改变这种微观渗流仿真模型的粗糙度，使之能反映真实多孔介质中孔隙粗糙度的多样性，本发明在模型制作过程中，将氢氟酸的浓度控制在20％～50％，可加入适量的磷酸作为缓蚀剂。可通过控制氢氟酸浓度、腐蚀的时间、磷酸的用量来改变孔隙粗糙度。如氢氟酸浓度40％，腐蚀的时间1～3分钟，可生成鳞状结构表面，在1分钟以内可生成光滑表面。
烧结成型的微观渗流仿真模型，其本身的润湿性是亲水性的，为了使模型能反映真实多孔介质中存在着的亲油性或者中性的情况，本发明采用硅烷与玻璃键合的原理，对模型进行浸泡处理，随硅烷浓度的不同，模型会呈现出不同的润湿性，显示中性或偏亲油性。如在浸泡20分钟，硅烷浓度0.7％显中性，大于0.7％显亲油性，大于0.7％显亲水性。
本发明硅烷可采用二甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、三氯十二烷基硅烷、三甲基氯化硅烷，采用的溶剂可用苯。
本发明可模型采用碱水浸泡或石油醚清洗，再采用高温烘烤的方法可恢复模型的原始状态，烘烤温度应控制在500℃～600℃，时间为9小时。经过这种方法处理过的模型，可以重复使用。
Claims (10)
1.一种透明微观渗流仿真模型的制作方法，其特征在于：采用光化学蚀刻技术工艺，将天然岩芯切片的孔隙结构精确光刻到平面光学玻璃上，经氢氟酸蚀刻后高温烧结成型制成的。
2.根据权利要求1所述的透明微观渗流仿真模型的制作方法，其具体过程是：
a.将天然岩芯切割成薄片并抽提烘干，在真空条件下注入染色的热固性塑料，加压并研磨；
b.用正片胶片对岩芯中的孔道结构显微照相，再用负片进行缩微照相成胶片；
c.在两块玻璃的一面镀上金属膜，涂上光刻胶；将胶片覆盖并在紫外光下光刻；
d.然后再将光刻后玻璃板的另一面涂上防腐蜡，放入氢氟酸中蚀刻；
e.将玻璃板带有刻痕的一面相对重迭，放进高温炉内烧结成型。
3.根据权利要求1所述的透明微观渗流仿真模型的制作方法，其特征在于：高温炉炉内烧结温度在500℃～600℃。
4.根据权利要求1所述的透明微观渗流仿真模型的制作方法，其特征在于：氢氟酸的浓度控制在20％～50％。
5.根据权利要求1所述的透明微观渗流仿真模型的制作方法，其特征在于：在氢氟酸蚀刻时可加入磷酸作为缓蚀剂。
6.根据权利要求1所述的透明微观渗流仿真模型的制作方法，其特征在于：烧结成型的模型在硅烷溶液中浸泡处理。
7.根据权利要求1所述的透明微观渗流仿真模型的制作方法，其特征在于：硅烷溶液的浓度为0.3％～1.5％。
8.根据权利要求1所述的透明微观渗流仿真模型的制作方法，其特征在于：烧结成型的模型在硅烷溶液中浸泡时间为15～25分钟。
9.根据权利要求1所述的透明微观渗流仿真模型的制作方法，其特征在于：模型可用石油醚清洗、高温烘烤、碱水浸泡再生。
10.根据权利要求1所述的透明微观渗流仿真模型的制作方法，其特征在于：模型再生的高温烘烤温度为500℃～600℃，时间为9小时。
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