一种石油地质研究中人造岩心的制作方法及其应用
【技术领域】
[0001 ]本申请涉及石油勘探领域，尤其涉及一种石油地质研究中人造岩心的制作方法及 其应用。
【背景技术】
[0002] 岩心是油气田勘探和开发过程中，按地质设计的地层层位和深度，向井内下入取 心工具，钻取出的岩石样品，是了解地层及其所含流体特征最直观、最实际的资料。天然岩 心通过井壁取心和钻井取心两种方式获得，通常以后者为主。在研究中，必须在油气田范围 内选择适量的井，对有关含油、气层位，钻取一定数量的岩心。通过观察、分析和研究，可以 获得地层的各种属性参数资料。但是由于地层情况复杂，岩心提取不易，且研究需要岩心样 品较多，导致钻取成本较高。因此，对于一般的参数往往通过对人造岩心进行研究获得，即 利用人造岩心进行物理模型实验，探索开发规律，获得相关参数，并用天然岩心来验证规律 是否正确。这样可以大量节省成本，同时提高油气田勘探开发效率。
[0003] 目前应用的人造岩心有石英砂环氧树脂胶结、石英砂充填、石英砂磷酸铝胶结等 三种，所述石英砂环氧树脂胶结制作方法是通过胶结剂将石英砂与环氧树脂进行胶结再进 行加压加温来制作岩心。所述石英砂或玻璃球充填制作方法是通过将石英砂或者玻璃球填 入模具中来模拟岩心。所述石英砂磷酸铝烧结制作方法是通过将石英砂与磷酸铝烧制加工 进行制作岩心。其中，石英砂环氧树脂胶结模型是应用最广泛的。上述传统的方法多用于常 规储层的物理模拟，它们通过用不同粒径的石英砂按一定比例配制成基准砂，控制人造岩 心的内部孔隙，获得人造岩心内部孔隙的孔径可以达到微米级别。但是由于地下岩石属于 多孔介质，除常规粒间的微米级别孔隙外还常发育有裂隙，纳米级孔隙。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目地在于，鉴于现有技术的不足，提出一种石油地质研究中人造岩 心制作方法及其应用，以能制作出内部含孔隙达到纳米级别且含裂隙的人造岩心。
[0005] 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出 的石油地质研究中人造岩心制作方法，包括以下步骤：
[0006] 1)制备直径d = 3-10mm，厚度h = 0 · 02mm圆形错箱片的数量η片，以模拟裂隙，其中， η = 1_100;
[0007] 2)胶结物的制备：
[0008] 按重量份分别称取环氧树脂20-40份、邻苯二甲酸二丁酯5-15份、乙二胺2-5份，倒 入烧杯中充分搅拌并加入丙酮10-20份，并再次充分搅拌，等待4-6小时，得到胶结物；
[0009] 3)将30-50重量份石英砂、5-20重量份天然岩心碎肩、5-10重量份孔隙率20%~ 60%且孔径范围为1纳米~500纳米的纳米多孔陶瓷材料以及3-5重量份圆形铝箱片混合、 搅拌，继续加入2-5重量份聚乙二醇和1-2重量份柠檬酸搅拌；
[0010] 4)在步骤3)混合物中加入20-40重量份步骤2)胶结物继续混合、搅拌；
[0011] 5)将10-20重量份粘土矿物在抽真空装置中与上述步骤4)混合物搅拌均匀，搅拌 速率1000-1200转/min，取终混合物逐层铺设在模型中，每铺设两层施加一次2.5~lOMPa的 压力，每次压制约20min，在最后一层上施加1~5MPa压力，静置、脱模获得人造岩心；；
[0012] 6)采用酸或碱对人造岩心进行淋滤或浸泡，待金属薄片与酸或碱反应完全后，停 止淋浴或浸泡，形成裂隙；
[0013] 7)将上述步骤6)处理后的人造岩心用蒸馏水浸泡，再干燥，获得最终岩心。
[0014] 更进一步的，前述的人造岩心，以环氧树脂质量百分含量计，所述环氧树脂包含环 氧值为〇. 3~0.4的环氧树脂40%~70%，包含环氧值为0.4~0.48的环氧树脂30%~60%。
[0015] 更进一步的，前述的人造岩心，以石英砂质量百分含量计，所述石英砂中粒径为50 ~80目的占10 %~20 %，粒径为80~150目的占30 %~60 %，粒径为150~220目的占10 %~ 20%，粒径为220目以上的占15%~30%。
[0016] 更进一步的，前述的人造岩心，所述天然岩心碎肩的粒径为20~60目。
[0017]更进一步的，前述的人造岩心，粘土矿物有钾长石、斜长石、高岭土、伊利石、蒙脱 石、绿泥石及方解石；
[0018] 更进一步的，前述的人造岩心，所述碱为氢氧化钠溶液。
[0019] 本发明还提供了上述方法获得的人造岩心及其应用于石油地质研究中岩心声波、 渗流、导电等物理性质的模拟与测试。
[0020] 其中粘土矿物中由于含有伊利石、长石和方解石等多种成分，与天然岩心的组分 更加接近;聚乙二醇和柠檬酸作为亲水试剂，混合使用能够保证人造岩心获得良好的表面 润湿性能，与天然岩心的表面性质更加接近;环氧树脂包含环氧值为〇. 3~0.4的中环氧值 环氧树脂和环氧值为〇. 4~0.48的高环氧值环氧树脂，既保留了高环氧值环氧树脂高强度、 渗透性好的优点，又具备中环氧值环氧树脂低温强度高的特点，保证人造岩心在模拟实验 节段可以适应多种不同的实验要求；
[0021] 以石英砂和天然岩心碎肩包含不同粒径的组分，将天然岩心碎肩的粒径控制在20 ~60目与大粒径石英砂形成的骨架互相嵌合，在骨架中嵌入金属薄片以及填充纳米多孔陶 瓷材料，并在人造岩心成型后，采用淋滤或浸泡法将金属薄片溶解，形成中空的裂隙，该方 法能够定量控制岩心的裂缝、微米级别孔隙和纳米级孔隙，获取的人造岩心与天然岩心具 有很好的相似性，可满足岩石声波、渗流、导电等物理性质的模拟与测试。粘土矿物的加入 过程中，为了避免粘土矿物与胶结物粘连，造成混合不均匀，采用抽真空的混合操作，使得 人工岩心的结构更加接近天然岩心。
【具体实施方式】
[0022] 下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限 定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0023] 实施例1
[0024] -种石油地质研究中人造岩心制作方法，包括以下步骤：
[0025] 1)制备直径d = 3-10mm，厚度h = 0.02mm圆形铝箱片的数量η片，以模拟裂隙，其中， η = 50；
[0026] 2)胶结物的制备：
[0027]按重量份分别称取环氧树脂20份、邻苯二甲酸二丁酯6份、乙二胺2份，倒入烧杯中 充分搅拌并加入丙酮10份，并再次充分搅拌，等待4小时，得到胶结物；
[0028] 3)将30重量份石英砂、10重量份天然岩心碎肩、5重量份孔隙率20%~60%且孔径 范围为1纳米~500纳米的纳米多孔陶瓷材料以及3重量份圆形铝箱片混合、搅拌，继续加入 2重量份聚乙二醇和2重量份柠檬酸搅拌；
[0029] 4)在步骤3)混合物中加入20重量份步骤2)胶结物继续混合、搅拌；
[0030] 5)将10重量份粘土矿物在抽真空装置中与上述混合物搅拌均匀，搅拌速率1000 转/min，取终混合物逐层铺设在模型中，每铺设两层施加一次5MPa的压力，每次压制约 20min，在最后一层上施加2MPa压力，静置、脱模获得人造岩心；
[0031] 6)采用酸或碱对人造岩心进行淋滤或浸泡，待金属薄片与酸或碱反应完全后，停 止淋浴或浸泡，形成裂隙；
[0032] 7)将上述步骤6)处理后的人造岩心用蒸馏水浸泡，再干燥，获得最终岩心。
[0033]其中，以环氧树脂质量百分含量计，所述环氧树脂包含环氧值为0.3~0.4的环氧 树脂40 %，包含环氧值为0.4~0.48的环氧树脂60%。以石英砂质量百分含量计，所述石英 砂中粒径为50~80目的占10% %，粒径为80~150目的占50%，粒径为150~220目的占 20%，粒径为220目以上的占20 %。所述天然岩心碎肩的粒径为20~60目。粘土矿物有钾长 石、斜长石、高岭土、伊利石、蒙脱石、绿泥石及方解石。所述碱为氢氧化钠溶液。
[0034] 实施例2
[0035] -种石油地质研究中人造岩心制作方法，包括以下步骤：
[0036] 1)制备直径d = 3-10mm，厚度h = 0 · 02mm圆形错箱片的数量η片，以模拟裂隙，其中， η = 70；
[0037] 2)胶结物的制备：
[0038]按重量份分别称取环氧树脂30份、邻苯二甲酸二丁