一种三重介质型碳酸盐岩油藏微纳流控模型的制作方法

本发明属于碳封存地下封存技术及油气田开发，具体涉及一种三重介质型碳酸盐岩油藏微纳流控模型的制作方法。

背景技术：

1、碳酸盐岩油气在世界油气资源格局中占有重要地位，约占60％。碳酸盐岩储层的开发，不仅可以提供油气能源，还可以提供二氧化碳的储存空间。因此，碳酸盐岩储层是二氧化碳驱油利用和地质储存的合适选择，然而，由于复杂的成岩、反应、沉积和变形过程产生了地层的多尺度非均质性，导致复杂的地下流动行为，使得碳酸盐岩储层往往难以开发。此外，碳酸盐岩储层还可能包含多尺度天然裂缝网络，这些裂缝网络构成了储层中复杂的窜流流动路径。基质结构和裂缝网络连通性的变化是三重介质型碳酸盐岩储层表现出多种流动行为的主要原因，导致预测二氧化碳封存分布和油气采收率存在很大的不确定性。

2、传统的岩心模型无法观察多孔介质内复杂的渗流特征和驱油规律。微纳流控模型是一种具有透明连接多孔网络的装置，可以直接观测内部发生的复杂流体流动特征。自20世纪50年代以来，人们建立了各种各样的二维微模型来研究多孔介质中的流动和输运现象。这些研究是基于对孔隙尺度和/或宏观尺度流体结构的直接观察、流场可视化以及基质-流体相互作用的表征。这些研究对石油工程、地质工程和环境工程具有重要的指导意义。

3、开展微纳流控模型驱油实验时，一种重要需求的是将岩心的三维多孔介质结构特征反演到微纳流控模型中，以使微纳流控模型的微观结构能代表真实岩心的三维特征。当前的微纳流控模型主要采用规则模型的阵列结构，存在无法完全模拟真实岩心的三维结构特征等问题；部分微纳流控模型参考二维岩心切片的特征，无法反映多孔介质三维连通关系。目前的微流控设计忽略了真实岩心的三维结构特征，严重制约了微纳流控模型在油气开发领域的应用与发展。

技术实现思路

1、本发明提供一种三重介质型碳酸盐岩油藏微纳流控模型的制作方法，该方法通过还原碳酸盐岩的三重介质结构，并通过连续刻蚀和原位改性法获得三重介质型碳酸盐岩油藏微纳流控模型，能够模拟碳酸盐岩真实的微观结构特征。

2、本发明的第一方面，提供一种三重介质型碳酸盐岩油藏微纳流控模型的制作方法，包括以下步骤：

3、获取碳酸盐岩岩心的溶洞结构、裂缝结构、孔隙结构，分别制备第一掩膜版、第二掩膜版、第三掩膜版；其中，所述第一掩膜版上具有溶洞结构，所述第二掩膜版上具有裂缝结构和溶洞结构，所述第三掩膜版上具有溶洞结构、裂缝结构和孔隙结构；

4、在玻璃基底板上形成光刻胶层，对所述光刻胶层依次通过第一掩膜版、第二掩膜版和第三掩膜版进行曝光处理、刻蚀处理，经清洗处理后得到第一中间模型；

5、将所述第一中间模型刻蚀的一面与玻璃基盖片贴合，经键合处理后得到第二中间模型；

6、向所述第二中间模型中依次通入第一溶液、第二溶液、第三溶液，形成碳酸钙纳米晶层，得到三重介质型碳酸盐岩油藏微纳流控模型；其中，所述第一溶液包含n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐，所述第二溶液包含ca2+，所述第三溶液包含co32-。

7、如上所述的制作方法，其中，还包括以下步骤：向所述三重介质型碳酸盐岩油藏微纳流控模型中依次通入原油、水进行第一冲洗处理，经老化、烘干处理后，将模型由水湿特性改为油湿特性；或者，向所述三重介质型碳酸盐岩油藏微纳流控模型中依次通入石蜡溶液、原油、水进行第一冲洗处理，经老化、烘干处理后，将模型由水湿特性改为混合润湿特性。

8、如上所述的制作方法，其中，获取碳酸盐岩岩心的溶洞结构、裂缝结构、孔隙结构的过程包括以下步骤：

9、选取三重介质型碳酸盐岩岩心，经除油、烘干后，制作成圆柱形的岩样；

10、对所述岩样进行断层扫描成像，获取碳酸盐岩岩心的溶洞结构、裂缝结构；

11、利用铸体薄片和扫描电子显微镜获取所述岩样的孔隙结构。

12、如上所述的制作方法，其中，在玻璃基底板上涂覆光刻胶之前，还包括以下步骤：将玻璃基底板置于含有表面活性剂的溶液中进行超声处理。

13、如上所述的制作方法，其中，所述光刻胶层为至少一层；优选地，所述光刻胶层为两层。

14、如上所述的制作方法，其中，所述刻蚀处理为湿法刻蚀、感应耦合等离子体刻蚀法中的至少一种。

15、如上所述的制作方法，其中，在玻璃基底板上形成第一光刻胶层，对第一光刻胶层通过第一掩膜版进行第一曝光处理、第一刻蚀处理，经第一清洗处理后得到第一刻蚀模型；

16、在第一刻蚀模型上形成第二光刻胶层，对第二光刻胶层通过第二掩膜版进行第二曝光处理、第二刻蚀处理，经第二清洗处理后得到第二刻蚀模型；

17、在第二刻蚀模型上形成第三光刻胶层，对第三光刻胶层通过第三掩膜版进行第三曝光处理、第三刻蚀处理，经第三清洗处理后得到第一中间模型；

18、其中，所述第一刻蚀处理、第二刻蚀处理分别为湿法刻蚀，所述第三刻蚀处理为感应耦合等离子体刻蚀法。

19、如上所述的制作方法，其中，将所述第一中间模型刻蚀的一面与玻璃基盖片叠放，得到待键合模型，将所述待键合模型叠放在两块石墨片之间，在两块石墨片远离所述待键合模型的一侧放置钢板或者刚玉板，并水平置于马弗炉中进行所述键合处理；

20、其中，所述键合处理的温度为400～700℃，时间为4～12h。

21、如上所述的制作方法，其中，还包括以下步骤，在所述第二中间模型的两端进行打孔处理并形成注入口和采出口，通过所述注入口依次通入第一溶液、第二溶液、第三溶液。

22、如上所述的制作方法，其中，所述碳酸钙纳米晶层的厚度为0.5～4μm。

23、本发明的实施，至少具有以下有益效果：

24、(1)本发明提供的三重介质型碳酸盐岩油藏微纳流控模型的制作方法，能够模拟碳酸盐内部的溶洞结构、裂缝结构、孔隙结构这三重介质结构，提高了模拟真实碳酸盐岩储层渗流的准确性，有利于研究碳酸盐岩中孔隙、裂缝以及溶洞之间的关系。

25、(2)本发明通过连续刻蚀使三重介质结构的刻蚀深度可控，解决了现有技术中深度无法控制的难题；且本发明通过结构的刻蚀深度的不同，反映三重介质结构在垂向上导流能力的差异性，提高了模拟真实碳酸盐岩储层渗流的准确性。

26、(3)本发明提供的三重介质型碳酸盐岩油藏微纳流控模型的制作方法，现有技术中流控模型通常使用玻璃或其他平滑材料制作微通道，这些材料的表面粗糙度与实际的碳酸盐岩储层差异较大，且表现为水湿性。本发明通过在微通道内形成具有碳酸钙纳米晶层的结构，能够更加准确地模拟碳酸盐岩储层表面的自然粗糙度，从而为研究油气在储层中的流动提供了一个更加真实的模型。本发明通过在微通道表面形成碳酸钙纳米晶层，使得模型的润湿性更接近实际的碳酸盐岩储层，从而能更准确地研究油气在这种环境下的流动特性。这种三重介质型碳酸盐岩油藏微纳流控模型的制作方法通过原位改性法在微通道内形成碳酸钙纳米晶层，既真实地反映了碳酸盐岩储层表面的粗糙度，又模拟了其油湿性的润湿特性，这对于深入研究碳酸盐岩储层中的油气流动机制和提高油气开采效率具有重要意义。

27、(4)本发明的制作方法操作简单，成本低，且采用该制作方法制得的三重介质型碳酸盐岩油藏微纳流控模型能够承受高温(300℃)、高压(70mpa)的苛刻条件，适用范围广，有助于研究在不同的固-液和固-液-气条件下，碳酸盐岩油藏的多孔介质中输运过程以及油、气、水三相的渗流规律，且该模型能够实现重复利用。

28、本发明在地下碳封存领域展现了显著的独特性，专注于利用碳酸盐岩等地质结构进行大规模co2封存。通过采用三重介质型碳酸盐岩油藏的微纳流控模型，本发明能够模拟地下复杂的岩石性质、孔隙特征和非均匀性，实现对注入co2后地下多孔介质中co2界面现象和多相流动规律的可视化研究。此技术不仅能高效监测和评估co2的利用和封存效果，还能为大规模地质封存的数值模拟优化及现场操作提供重要指导，从而优化碳封存技术在地下封存中的应用。