用于直接观察岩心渗流现象的透明岩心的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于直接观察岩心渗流现象的透明岩心的制备方法，包括：配制硅酸钠溶液，加入气相二氧化硅；在容器底部放置玻璃平板，将含有二氧化硅的硅酸钠溶液倒入容器中；将容器转移至冷阱中，降温并恒温处理得到冻结的玻璃和冰块；将冻结的玻璃和冰块转移至冷冻干燥器中，得到单侧表面生长有硅酸钠海绵结构的玻璃板；取两块玻璃板，重叠放置并使得光滑面向外，利用自身重力相互挤压两块玻璃板之间的硅酸钠海绵结构；然后将重叠的玻璃板水平放置在马弗炉中，加热处理使部分硅酸钠进入熔融状态；降温冷却得到中间含有大量空隙的玻璃板，制得透明岩心。制备的透明岩心可直接用光学设备记录和观测孔隙中流体的运动过程。

Preparation of transparent cores for direct observation of seepage phenomena in cores

The invention discloses a preparation method of transparent core for directly observing core seepage phenomenon, which includes: preparing sodium silicate solution and adding gaseous silica; placing glass plate at the bottom of container, pouring sodium silicate solution containing silica into container; transferring container to cold trap, cooling and constant temperature treatment to obtain frozen glass and ice; and freezing glass. The glass plate with sponge structure of sodium silicate on one side surface was obtained by transferring ice to freeze dryer. Two glass plates were overlapped and placed smoothly outward, and the sponge structure of sodium silicate between the two glass plates was extruded by self-gravity. Then the overlapped glass plates were placed horizontally in muffle furnace, and some sodium silicate was melted by heating treatment. The glass plate with a large number of voids in the middle is obtained by cooling, and the transparent core is made. The transparent core can record and observe the fluid movement in the pore directly with optical equipment.

【技术实现步骤摘要】
用于直接观察岩心渗流现象的透明岩心的制备方法
本专利技术涉及一种岩心材料，具体涉及一种用于直接观察渗流现象的透明岩心的制备方法
技术介绍
在石油开采技术的研究中，石油在岩石中的流动特点是最重要的研究内容之一。无论是对地层进行注水作业，或是研究化学品对石油采收率的影响，都需要岩石中流体渗流特征作为重要参数。但目前的研究多是通过实验结果的统计，判断岩石特征。比如，研究岩石的渗透率，只能通过，一定压力条件下单位时间内通过岩石的流量来表达。对于流动过程中大小空隙对流动方向的影响，岩石骨架周围的流体吸附等问题，无法进行详细描述，就因为岩石的不透明特征，使得很多岩石空隙与流体的相互作用无法被观察到。对于迫切需要知道内部孔隙形状的岩心，则需要经过冷冻切割或磨片等手段，不仅成本高，还会对原始孔隙特征造成破坏。这种情况在普通的人造岩心中依然存在。为了观测流体在孔隙中的流动现象，相关技术人员主要在玻璃上用激光刻蚀出图案，通过观察流体在图案中的流动来模拟和观察流体在岩石中的渗流特征。激光刻蚀除了成本较高，其图案几何特征与天然形成的孔隙形状差别较大，对流体在孔隙中的流动过程复原程度不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可直接观察岩心渗流现象的透明岩心的制备方法。制备的透明岩心可直接用光学设备记录和观测孔隙中流体的运动过程。本专利技术所采用的技术方案是：用于直接观察岩心渗流现象的透明岩心的制备方法，包括以下步骤：步骤一，配制硅酸钠溶液，在搅拌条件下向溶液中加入气相二氧化硅；步骤二，在容器底部放置玻璃平板，将含有二氧化硅的硅酸钠溶液倒入容器中，确保液面高出玻璃平板表面；步骤三，将容器转移至冷阱中，降温并恒温处理得到冻结的玻璃和冰块；步骤四，将冻结的玻璃和冰块转移至冷冻干燥器中，调剂压力为5-10Pa；恒压12h，得到单侧表面生长有硅酸钠海绵结构的玻璃板；步骤五，取两块步骤四得到的玻璃板，重叠放置并使得光滑面向外，利用自身重力相互挤压两块玻璃板之间的硅酸钠海绵结构；步骤六，然后将重叠的玻璃板水平放置在马弗炉中，加热处理使部分硅酸钠进入熔融状态，以调节孔隙大小和固定两块玻璃板之间的相对位置；步骤七，降温冷却得到中间含有大量空隙的玻璃板，即为可直接观察渗流现象的透明岩心。步骤一中，硅酸钠溶液的质量浓度为0.1-1％。步骤一中，硅酸钠与二氧化硅的质量比为2:1～1:1。步骤二中，玻璃平板为石英玻璃。步骤二中，液面高出玻璃平板表面5-10mm。步骤三中，降温至-50℃。步骤七中，加热处理具体为以3℃/min的速度升温至1090℃，恒温10min。步骤二中，玻璃平板为石英玻璃。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术的岩心的制作是利用冷冻干燥技术在玻璃板表面生长出海绵结构，形成天然的无规空隙。利用硅酸盐骨架进行高温熔融，在调节空隙度空隙大小分布范围时，顺道完成玻璃板粘结工作。制备的透明岩心可直接用光学设备记录和观测孔隙中流体的运动过程。具体优点如下：1、相比天然岩心和常规人造岩心，可以直观的观察到流体运动过程。且岩心内骨架成分为硅酸盐，不含有机物粘结剂，物化性质接近地层中的岩石成分。2、利用光刻技术刻蚀纹路，当注入液体压力较高时，原始玻璃平板的表面存在一个连续的平面空间，液体会在平面上无障碍流动，这种流动与缝隙中的随机曲线流动路线不同。不利于流体运动分析。如果要消除，需额外施加压力消除玻璃板之间的平面空间。而本专利技术中的空隙形是随机的，更接近岩石空隙分布。特别是在玻璃板表面，不会形成连续平面空间，因为海绵形成过程中硅酸钠析出时，可将玻璃表面的硅酸盐作为晶核，也就是说玻璃表面的海绵结构是生长在玻璃表面的。流体在透明环境中流动时，路径形状更接近岩石中的运动路线。3、利用硅酸盐骨架进行熔融粘结，可以防止有机粘结剂形成有机表面影响孔隙表面的润湿性。附图说明图1为实施例1制备的透明岩心中的平滑孔道；图2为实施例1制备的透明岩心中的不规则孔道。具体实施方式本专利技术一种可直接观察岩心渗流现象的透明岩心，原料包括作为载体的玻璃平板，硅酸钠溶液，气相二氧化硅。其中硅酸钠与二氧化硅的质量比为2:1～1:1。所用的玻璃平板为在硅酸钠熔化时依然不熔融的石英玻璃。可直接观察岩心渗流现象的透明岩心的制备方法，由以下步骤实现：步骤一，配制调节硅酸钠溶液，使其浓度范围为0.1-1％，在快速搅拌条件下向溶液中加入气相二氧化硅。硅酸钠与二氧化硅的质量比为2:1～1:1。步骤二，在容器底部放置玻璃平板，将含有二氧化硅的硅酸钠溶液倒入容器中，确保液面高出玻璃平板表面5-10mm。步骤三，将容器转移至冷阱中，降温至-50℃。恒温5h。步骤四，将冻结的玻璃和冰块转移至冷冻干燥器中，调剂压力为5-10Pa。恒压12h。得单侧表面生长有硅酸钠海绵结构的玻璃板。步骤五，取两块生长有海绵结构的玻璃板重叠放置，光滑面向外。利用自身重力相互挤压中间的硅酸钠海绵结构。步骤六，将重叠的玻璃板水平放置在马弗炉中，以3℃/min的速度升温至1090℃，恒温10min，使部分硅酸钠进入熔融状态，以调节孔隙大小和固定两块玻璃板之间的相对位置。步骤七，降温所得中间含有大量空隙的玻璃板即为可直接观察渗流现象的透明岩心。岩心的制作原理是利用冷冻干燥技术在玻璃板表面生长出海绵结构，形成天然的无规空隙。利用硅酸盐骨架进行高温熔融，在调节空隙度空隙大小分布范围时，顺道完成玻璃板粘结工作。实施例1配制浓度为1％的硅酸钠溶液100ml，在快速搅拌条件下向溶液中加入1g气相二氧化硅。分散均匀后，利用围挡将50ml分散液倒在10×10cm的石英玻璃表面，转移至冷阱，降温至-50℃，使玻璃表面形成0.5cm厚度的冰块，将带有冰块的玻璃转移至冷冻干燥器中，调节压力为5Pa，恒压时间12h，得到单面生长有海绵结构的玻璃板。将两块单面生长海绵的玻璃板叠加放置，光滑面在外，转移至马弗炉中，以3℃/min的速度升温至1090℃，恒温10min，使部分硅酸钠进入熔融状态，以调节孔隙大小和固定两块玻璃板之间的相对位置。冷却即得可直接观察岩心渗流现象的透明岩心。透明岩心中的孔道形貌如图1图2，能够反应出岩心中不同类型的渗流孔道。实施例2配制浓度为0.1％的硅酸钠溶液200ml，在快速搅拌条件下向溶液中加入0.1g气相二氧化硅。分散均匀后，利用围挡将100ml分散液倒在10×10cm的石英玻璃表面，转移至冷阱，降温至-50℃，使玻璃表面形成1cm厚度的冰块，将带有冰块的玻璃转移至冷冻干燥器中，调节压力为10Pa，恒压时间12h，得到单面生长有海绵结构的玻璃板。将两块单面生长海绵的玻璃板叠加放置，光滑面在外，转移至马弗炉中，以3℃/min的速度升温至1090℃，恒温10min，使部分硅酸钠进入熔融状态，以调节孔隙大小和固定两块玻璃板之间的相对位置。冷却即得可直接观察岩心渗流现象的透明岩心。实施例3配制浓度为0.5％的硅酸钠溶液100ml，在快速搅拌条件下向溶液中加入1.0g气相二氧化硅。分散均匀后，利用围挡将50ml分散液倒在10×10cm的石英玻璃表面，转移至冷阱，降温至-50℃，使玻璃表面形成0.5cm厚度的冰块，将带有冰块的玻璃转移至冷冻干燥器中，调节压力为8Pa，恒压时间12h，得到单面生长有海绵结构的玻璃板。将两块单面生长海绵的玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于直接观察岩心渗流现象的透明岩心的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，配制硅酸钠溶液，在搅拌条件下向溶液中加入气相二氧化硅；步骤二，在容器底部放置玻璃平板，将含有二氧化硅的硅酸钠溶液倒入容器中，确保液面高出玻璃平板表面；步骤三，将容器转移至冷阱中，降温并恒温处理得到冻结的玻璃和冰块；步骤四，将冻结的玻璃和冰块转移至冷冻干燥器中，调剂压力为5‑10Pa；恒压12h，得到单侧表面生长有硅酸钠海绵结构的玻璃板；步骤五，取两块步骤四得到的玻璃板，重叠放置并使得光滑面向外，利用自身重力相互挤压两块玻璃板之间的硅酸钠海绵结构；步骤六，然后将重叠的玻璃板水平放置在马弗炉中，加热处理使部分硅酸钠进入熔融状态，以调节孔隙大小和固定两块玻璃板之间的相对位置；步骤七，降温冷却得到中间含有大量空隙的玻璃板，即为可直接观察渗流现象的透明岩心。

【技术特征摘要】
1.用于直接观察岩心渗流现象的透明岩心的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，配制硅酸钠溶液，在搅拌条件下向溶液中加入气相二氧化硅；步骤二，在容器底部放置玻璃平板，将含有二氧化硅的硅酸钠溶液倒入容器中，确保液面高出玻璃平板表面；步骤三，将容器转移至冷阱中，降温并恒温处理得到冻结的玻璃和冰块；步骤四，将冻结的玻璃和冰块转移至冷冻干燥器中，调剂压力为5-10Pa；恒压12h，得到单侧表面生长有硅酸钠海绵结构的玻璃板；步骤五，取两块步骤四得到的玻璃板，重叠放置并使得光滑面向外，利用自身重力相互挤压两块玻璃板之间的硅酸钠海绵结构；步骤六，然后将重叠的玻璃板水平放置在马弗炉中，加热处理使部分硅酸钠进入熔融状态，以调节孔隙大小和固定两块玻璃板之间的相对位置；步骤七，降温冷却得到中间含有大量空隙的玻璃板，即为可直接观察渗流现象的透明岩心。2.根据权利要求1所述的用于直接观察岩心渗流现象的透明岩心的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨，秋列维，杨晓武，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61