一种微观岩石网络模型制作方法技术

本发明专利技术公开了一种微观岩石网络模型制作方法，其中包括：提取孔喉通道，对孔喉通道中的孔隙和喉道进行分离，获得孔隙图案和喉道图案，分别制作孔隙掩膜和喉道掩膜；利用所述孔隙掩膜和喉道掩膜对基片进行刻蚀，形成刻蚀基片；将所述刻蚀基片与盖片进行键合，形成微观岩石网络模型。本发明专利技术通过孔喉分离、图像对准和重复光刻在微观玻璃模型上实现了更加贴合油藏实际的微纳米油气流动通道，刻蚀工艺中反应时间的控制精确，通道的深宽比、光滑度和平整度较好，键合过程无需提供压力，能够更好地保护纳米通道，实现了微米孔隙和纳米喉道的真实砂岩微观模型的键合，使二维平面模型上不能发生的海恩斯阶跃以及非润湿相聚并等微观动态变化得以呈现。

【技术实现步骤摘要】
一种微观岩石网络模型制作方法
本专利技术实施例涉及油气开发领域，尤其涉及一种微观岩石网络模型制作方法。
技术介绍
随着油气资源开发相关理论研究的不断深入，油气田开发的热点与难点问题逐渐由常规油气的开发与提高采收率向非常规油气高效开发转变。我国微观物理模拟实验起步较晚，以郭尚平院士为学科带头人的中国科学院渗流较早地提出了“微观渗流”的思想，并在上世纪90年代形成了一系列微观渗流仿真和测试技术，针对常规油藏微米尺度通道中流体流动开展了大量研究，揭示了一些重要渗流机理和规律，为常规油藏开发提供了理论支撑。近年来随着微观物理模型使用范围的扩大，朱维耀、戴彩丽以及岳湘安等许多油气田开发领域的资深学者利用真实砂岩的微观玻璃模型和规则的微观玻璃模型进行了化学驱作用机理的研究，为常规油藏提高采收率研究提供了有效支撑。但过去的微观玻璃模型在应用于致密油藏开发时存在较大局限性，主要表现在四个方面：(1)常规刻蚀填砂模型通道尺度普遍偏大，一般在20μm-200μm，与致密油藏主要孔喉尺寸差别较大(孔隙20μm-80μm，喉道100nm-700nm)难以用于流体在微纳尺度孔喉中的流动研究；(2)常规可视化微流控芯片都是二维芯片，整个模型通道深度都一样，这与真实砂岩孔喉之间三维差异有着巨大差异，流体在孔喉间流动的海恩斯阶跃、油水聚并等微观动态难以出现，与油气在致密油藏中的流动状态存在较大差异；(3)以真实砂岩切片为原材料制作的微观模型，在制作过程中需加入粘合剂改变了岩心表面性质，并且观察效果差，达不到观察通道内部流体流动、吸附、扩散的目的。
技术实现思路
本专利技术提供一种微观岩石网络模型制作方法，针对非常规油藏尤其致密油藏的微米尺度通道中流体流动的研究，提供了更贴合实际的微观物理模型。本专利技术实施例提供了一种微观岩石网络模型制作方法，包括：提取孔喉通道，对孔喉通道中的孔隙和喉道进行分离，获得孔隙图案和喉道图案，分别制作孔隙掩膜和喉道掩膜；利用所述孔隙掩膜和喉道掩膜对基片进行刻蚀，形成刻蚀基片；将所述刻蚀基片与盖片进行键合，形成微观岩石网络模型。其中，对孔喉通道中的孔隙和喉道进行分离，获得孔隙图案和喉道图案包括：对岩石切片的图像进行二值化处理，区分岩石骨架图案和孔喉通道图案；确定孔喉通道图案中所有的中轴线；以中轴线上每个像素点为圆心做圆，所述圆的半径为其圆心到达最近岩石骨架的距离；将半径满足预设条件的圆的圆心定义为节点，每个节点处对应的孔喉通道图案为孔隙图案，剩余部分的孔喉通道图案为喉道图案。其中，利用所述孔隙掩膜和喉道掩膜对基片进行刻蚀，包括：孔隙刻蚀，利用所述孔隙掩膜对所述基片进行刻蚀，形成半刻蚀基片；掩膜对准，根据所述孔隙掩膜和喉道掩膜上刻有的相对应的第一标记，将所述半刻蚀基片与喉道掩膜进行对准；喉道刻蚀，利用所述喉道掩膜对所述半刻蚀基片进行刻蚀，获得所述刻蚀基片；模型清洗，对所述刻蚀基片进行清洗。其中，所述孔隙刻蚀的方法包括：将孔隙掩膜和基片叠放在一起通过曝光机进行曝光，以使孔隙掩膜的图案转移到基片上；清洗所述基片上的光刻胶和曝光部分；在超声波水浴环境下，将基片浸入第一刻蚀液中进行刻蚀30min，形成半刻蚀基片，所述第一刻蚀液为以1mol/L的HF为刻蚀剂，0.5mol/L的NH4F为络合剂，0.5mol/L的HNO3为助溶剂的混合液体。其中，所述第一标记的线宽为所述孔喉通道宽度的第一设定倍数。进一步地，所述孔隙掩膜和喉道掩膜上还刻有相对应的第二标记，所述第二标记位于所述第一标记的预设区域内，所述第二标记的线宽为所述第一标记线宽的第二设定倍数，第二标记的长度为所述第一标记线宽的第三设定倍数；相应地，所述掩膜对准包括：根据所述孔隙掩膜和喉道掩膜上刻有的相对应的第一标记和第二标记，将所述半刻蚀基片与喉道掩膜进行对准。其中，所述喉道刻蚀包括：将对准的喉道掩膜与半刻蚀基片通过曝光机进行二次曝光，以使喉道掩膜的图案转移到半刻蚀基片上；清洗所述半刻蚀基片上的光刻胶和曝光部分；在超声波水浴环境下，将半刻蚀基片浸入第二刻蚀液中进行刻蚀30min，形成刻蚀基片，所述第二刻蚀液为以0.015mol/L的HF为刻蚀剂，0.0075mol/L的NH4F为络合剂，0.0075mol/L的HNO3为助溶剂的混合液体。其中，将所述刻蚀基片与盖片进行键合，包括：对所述刻蚀基片进行预处理；将刻蚀基片和盖片贴合，构成初始微观岩石网络模型；通过高温烧结法对所述初始微观岩石网络模型进行键合，形成微观岩石网络模型。其中，所述通过高温烧结法对所述初始微观岩石网络模型进行键合，包括：将初始微观岩石网络模型放于高温真空炉中，对所述高温真空炉进行抽真空处理；以2℃/min的速率将高温真空炉内温度由常温升至50℃，达到50℃后恒温30min；以2℃/min的速率将高温真空炉内温度升至120℃，达到120℃后恒温150min；以1.5℃/min的速率将高温真空炉内温度升至700℃，达到700℃后恒温120min；自然冷却到常温。进一步地，还包括：向所述初始微观岩石网络模型注入口注入含1％三氯甲基硅烷(TCMS)的甲苯溶液至束缚水状态，以对所述初始微观岩石网络模型进行润湿改性。本专利技术针对非常规油藏尤其致密油藏的微米尺度通道中流体流动的研究，通过孔喉分离和重复光刻在微观玻璃模型上实现了更加贴合油藏实际的微纳米油气流动通道的刻画，提供了更贴合实际的微观物理模型，能够使原本在二维平面模型上不能发生的海恩斯阶跃以及非润湿相聚并等微观动态变化得以呈现，对推动致密油气基础理论研究有着很大助益。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的一种微观岩石网络模型制作方法的流程图；图2是本专利技术实施例一提供的另一种微观岩石网络模型制作方法的流程图；图3是本专利技术实施例一提供的微观油藏岩石切片图片二值化示意图；图4是本专利技术实施例一提供的中轴线提取示意图；图5是本专利技术实施例一提供的孔喉通道内部的孔隙节点示意图；图6是本专利技术实施例一提供的孔隙-喉道识别结果示意图；图7是本专利技术实施例一提供的喉道交点处孔隙节点示意图；图8是本专利技术实施例二提供的另一种微观岩石网络模型制作方法的流程图；图9是本专利技术实施例二提供的孔隙掩膜和喉道掩膜示意图；图10是本专利技术实施例三提供的另一种微观岩石网络模型制作方法的流程图；图11是本专利技术实施例四提供的另一种微观岩石网络模型制作方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。实施例一图1为本专利技术实施例一提供的一种微观岩石网络模型制作方法的流程图，本实施例可适用于致密油藏微观模型的制作，具体包括如下步骤：步骤110、提取孔喉通道，对孔喉通道中的孔隙和喉道进行分离，获得孔隙图案和喉道图案，分别制作孔隙掩膜和喉道掩膜。其中，提取出孔喉通道可采用真实砂岩铸体实现，将真实砂岩铸体切成的薄片形成岩石切片，通过将该岩石切片的图像进行二值化处理，区分岩石切片图像中的岩石骨架区域和孔喉通道区域，实现孔喉通道的提取，获得孔隙区域所组成的图案，其中孔喉通道区域中，除去孔隙图案的区域即为喉道图案，然后将孔隙图案和喉道图案分别复刻到掩膜上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微观岩石网络模型制作方法，其特征在于，包括：提取孔喉通道，对孔喉通道中的孔隙和喉道进行分离，获得孔隙图案和喉道图案，分别制作孔隙掩膜和喉道掩膜；利用所述孔隙掩膜和喉道掩膜对基片进行刻蚀，形成刻蚀基片；将所述刻蚀基片与盖片进行键合，形成微观岩石网络模型。

【技术特征摘要】
1.一种微观岩石网络模型制作方法，其特征在于，包括：提取孔喉通道，对孔喉通道中的孔隙和喉道进行分离，获得孔隙图案和喉道图案，分别制作孔隙掩膜和喉道掩膜；利用所述孔隙掩膜和喉道掩膜对基片进行刻蚀，形成刻蚀基片；将所述刻蚀基片与盖片进行键合，形成微观岩石网络模型。2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，对孔喉通道中的孔隙和喉道进行分离，获得孔隙图案和喉道图案包括：对岩石切片的图像进行二值化处理，区分岩石骨架图案和孔喉通道图案；确定孔喉通道图案中所有的中轴线；以中轴线上每个像素点为圆心做圆，所述圆的半径为其圆心到达最近岩石骨架的距离；将半径满足预设条件的圆的圆心定义为节点，每个节点处对应的孔喉通道图案为孔隙图案，剩余部分的孔喉通道图案为喉道图案。3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，利用所述孔隙掩膜和喉道掩膜对基片进行刻蚀，包括：孔隙刻蚀，利用所述孔隙掩膜对所述基片进行刻蚀，形成半刻蚀基片；掩膜对准，根据所述孔隙掩膜和喉道掩膜上刻有的相对应的第一标记，将所述半刻蚀基片与喉道掩膜进行对准；喉道刻蚀，利用所述喉道掩膜对所述半刻蚀基片进行刻蚀，获得所述刻蚀基片；模型清洗，对所述刻蚀基片进行清洗。4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述孔隙刻蚀的方法包括：将孔隙掩膜和基片叠放在一起通过曝光机进行曝光，以使孔隙掩膜的图案转移到基片上；清洗所述基片上的光刻胶和曝光部分；在超声波水浴环境下，将基片浸入第一刻蚀液中进行刻蚀30min，形成半刻蚀基片，所述第一刻蚀液为以1mol/L的HF为刻蚀剂，0.5mol/L的NH4F为络合剂，0.5mol/L的HNO3为助溶剂的混合液体。5.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述第一标记的线宽为所述孔喉通道宽度的第一设定倍数。6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述孔隙掩膜和喉道掩膜上还刻有...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊键，于馥玮，姜汉桥，李金鸿，赵玉云，范桢，成宝洋，沈康琦，苏航，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11