一种多重孔隙结构人造岩心及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多重孔隙结构人造岩心及其制备方法，步骤是：制备岩屑、无机盐颗粒和金属薄片；将岩屑与环氧树脂系胶结剂混合均匀；在向模具中添加混合物时，随机嵌入设计好的无机盐颗粒和（或）金属薄片；固化；拆模取出人造岩心，用蒸馏水浸泡岩心，溶解无机盐颗粒形成溶孔；用对应的酸或碱浸泡或淋滤岩心，形成裂隙；最后将人造岩心用蒸馏水冲洗，干燥后获得多重孔隙结构人造岩心。该发明专利技术的人造岩心能够定量控制岩心的裂缝和溶孔参数，获取的人造岩心与天然岩心具有很好的相似性，可为岩石声波、渗流、导电等物理性质的模拟与测试提供优质、低成本、无污染的实验材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种模拟多孔岩石的人造岩心及其制备方法，属于分析及测量控制技 术领域。可作为实验研究岩石微观渗流机理、声波特性、电特性等的实验岩心，也可用来评 价不同提高油气采收率技术（如表面活性剂驱、水驱、聚合物驱等）对于多重孔隙结构储层 的有效性。
技术介绍
地下岩石属于多孔介质，除粒间孔隙外还常发育有裂隙、溶孔等；一般粒间孔隙为 原生孔隙，裂隙、溶孔等为次生孔隙。这些不同类型孔隙组成的孔隙网络是重要的油气储集 空间和渗流通道。多重孔隙结构是指同时含有两种或两种以上孔隙类型，比如裂隙-孔隙 型、溶洞-孔隙型等。含多重孔隙结构的岩石往往是有利的油气储集层，研究多重孔隙岩石 的物理性质（声波特性、渗流特性及电特性）对于油气勘探与开发具有重要意义。 实验测试是研究多重孔隙结构岩石物理性质的最直接方法。采用真实岩心进行声 波速度、渗透率、电导率等物理测试能相对真实地反映地下油气储层的性质，但多重孔隙结 构岩石表现出很强的非均质性、各向异性和多尺度性，很难获取具有代表性的天然岩心。此 夕卜，地下取心成本高，取心质量不易保证；实验重复性较差，真实岩心的孔隙结构千差万别， 不利于进行单因素分析研究，导致实验研究效率低、周期长。因此，真实岩心的实验数据多 用于理论模型和经验公式的验证与校正。 研究多重孔隙结构岩石的渗流、声波、电导率等物理性质的变化规律，需要采用已 知孔隙结构的岩心进行大量的实验测试。制备多重孔隙结构人造岩心是经济、高效地开 展岩石物理实验的基础。人造岩心要合理模拟真实岩心的骨架和孔隙结构。孔隙纵横比 (aspect ratio,简称AR)和特征尺寸是表征孔隙形状的两个重要参数。孔隙纵横比是指孔 隙短轴与长轴的长度之比；孔隙的特征尺寸表征孔隙的大小，一般指孔隙的长轴长度。 目前，对于只含粒间孔隙的岩石，如常规砂岩，其人造岩心制作工艺已经比较成 熟：根据储层砂岩的孔隙度、渗透率情况，选取适当粒径的石英砂作为岩石骨架，与胶结剂 混合均匀，压实胶结，在石英砂颗粒间形成中空的粒间孔隙，制成的人造岩心可用于不同物 理性质的实验测试。但是对于除粒间孔隙外，还含有裂隙、溶孔等次生孔隙的多重孔隙结构 岩石，如碳酸盐岩，其模拟岩心技术还不成熟，方法相对简单；并且制成的人造岩心往往只 能用于某一种物理性质的实验测试。 用于声波测试的多重孔隙结构人造岩心制备方法报道较多，比如薄片组合法（曹 均等，2004 ;郝守玲等，2004)、块体切割法（李琼等，2006)、浇铸法（Ass' ad et al.，1992 ; 魏建新，2002 ;毕权贵等，2009 ;Wang et al.，2012)等，这些方法存在的主要问题有：（1)人 造岩心骨架的声学特性与真实岩心差别较大，模拟结果需要根据理论模型转化后才能用于 工程实际，而这种转化是否合理有待探讨；（2)孔隙尺寸调整受到一定限制，孔隙结构限于 简单组合，对于复杂孔隙结构，岩心制备过程变得较为复杂甚至难以实现。另外一种方法是 嵌入法（王子振等，201310022534. X)，该方法采用岩屑和环氧树脂系胶结剂构筑人造岩心 骨架，在骨架中嵌入不同尺寸和形状的软橡胶片或塑料片模拟次生孔隙，能在声学特性方 面有效模拟多重孔隙介质，但是无法用于渗流、电导率等特性的实验测试。 用于渗流实验的多重孔隙结构人造岩心的制备主要是基于光刻蚀玻璃板法（郭 尚平等，1990)，在此基础上再刻蚀不同的裂隙。该方法模拟二维的孔隙-裂隙结构渗流，制 成的物理模型不能进行声学、电导率等特性的实验测试。 用于岩石导电特性研究的人造岩心或物理模型报道较少，一般都采用真实岩心或 常规人造岩心；目前，用于导电特性研究的多重孔隙结构人造岩心尚未见诸报道。 人造岩心中包含中空的裂隙或溶孔是使其能同时用于声波、渗流、电特性等测试 的基本要求。目前形成中空的裂隙或溶孔主要有两类方法：一是在岩心成型前插入金属片 再拔出，形成裂隙；该方法只能形成贯穿岩心的裂隙，并且插入和拔出金属片的时机很难控 制，成功率较低。另一种方法是在岩心中预先放入特定材料，待岩心成形后，通过物理方法 形成中空；比如放入樟脑片再加热使其挥发、放入松香等再用有机溶剂溶解。该方法可较好 控制溶孔参数，但是很难控制裂隙参数（形状、尺寸、厚度、数量、倾角等），获得的人造岩心 的实验测试结果不便于开展定量分析；溶孔和裂隙局限在一个平面内，并且相互连通，与实 际岩心的复杂分布差别较大；制备过程中采用的有机物对人体健康和环境安全都有危害。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。 为了实现上述目的，根据本专利技术一方面提出一种多重孔隙结构人造岩心的制备方 法，包括以下步骤： (1)准备与需要模拟的天然岩心相对应的岩屑； (2)准备制备人造岩心中模拟次生孔隙的材料，所述次生孔隙包括裂隙、溶孔中的 一种或两种： 如果需要模拟的天然岩心含有裂隙，根据裂隙的平均尺寸和纵横比，加工相同尺 寸（d)和对应厚度（h)的金属薄片，根据实际需要模拟的裂隙密度（ε )，确定所需金属薄片 的数量（η);其中，所述金属薄片的尺寸指金属薄片上任意两点间的最大长度，金属薄片的 厚度与其尺寸之比等于微裂隙的纵横比； 如果需要模拟的天然岩心含有溶孔，根据溶孔的平均尺寸和数量，筛选相同尺寸 和数量的无机盐颗粒； (3)将岩屑与环氧树脂系胶结剂混合均匀；如果模拟的天然岩心含有溶孔，还要 再加入按步骤（2)准备好的无机盐颗粒一起混合均匀； (4)在环氧树脂系胶结剂开始固化前，将步骤（3)制得的混合物加入人造岩心模 具中；如果模拟的天然岩心含有裂隙，在向模具中添加混合物时，还应该随机、均匀的嵌入 按步骤（2)准备好的金属薄片；混合物全部加入模具后，施压，待环氧树脂系胶结剂固化完 成后，拆模获得人造岩心； (5)如果人造岩心中含有无机盐颗粒，先采用蒸馏水对人造岩心进行淋滤或浸泡， 待无机盐颗粒溶解完全后，停止淋滤或浸泡，形成溶孔；如果人造岩心中含有金属薄片，再 采用酸或碱对人造岩心进行淋滤或浸泡，金属薄片与酸或碱反应完全后，停止淋滤或浸泡， 形成裂隙； (6)将步骤（5)处理后的人造岩心用蒸馏水淋滤或浸泡，再干燥，获得最终岩心。 本专利技术中，所述金属薄片可与不与岩屑反应的酸或碱反应，生成可溶于水的盐和 气体，用来形成裂隙。金属薄片的尺寸指金属薄片上任意两点间的最大长度（如果是圆片， 指直径；椭圆形片，指长轴；三角形片，指最长边；四边形片，指最长的对角线长）。所述无机 盐颗粒能溶于水，但不参与环氧树脂的固化反应，用来形成溶孔。 根据本专利技术实施例的多重孔隙结构的人造岩心的制备方法，以天然岩屑作为人造 岩心骨架，采用环氧树脂系胶结剂模拟胶结物，在天然岩屑颗粒间形成粒间孔隙；在人造岩 心骨架中嵌入金属薄片和（或）无机盐颗粒，并在人造岩心成型后，采用淋滤或浸泡法将金 属薄片和无机盐颗粒溶解，形成中空的裂隙和（或）溶孔；从而制成包含多重孔隙结构的人 造岩心。该方法能够定量控制岩心的裂缝和溶孔参数，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多重孔隙结构人造岩心的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)准备与需要模拟的天然岩心相对应的岩屑；(2)准备制备人造岩心中模拟次生孔隙的材料，所述次生孔隙包括裂隙、溶孔中的一种或两种：如果需要模拟的天然岩心含有裂隙，根据裂隙的平均尺寸和纵横比，加工相同尺寸(d)和对应厚度(h)的金属薄片，根据实际需要模拟的裂隙密度(ε)，确定所需金属薄片的数量(n)；其中，所述金属薄片的尺寸指金属薄片上任意两点间的最大长度，金属薄片的厚度与其尺寸之比等于裂隙的纵横比；如果需要模拟的天然岩心含有溶孔，根据溶孔的平均尺寸和数量，筛选相同尺寸和数量的无机盐颗粒；(3)将岩屑与环氧树脂系胶结剂混合均匀；如果模拟的天然岩心含有溶孔，还要再加入按步骤(2)准备好的无机盐颗粒一起混合均匀；(4)在环氧树脂系胶结剂开始固化前，将步骤(3)制得的混合物加入人造岩心模具中；如果模拟的天然岩心含有裂隙，在向模具中添加混合物时，还应该随机、均匀的嵌入按步骤(2)准备好的金属薄片；混合物全部加入模具后，施压，待环氧树脂系胶结剂固化完成后，拆模获得人造岩心；(5)如果人造岩心中含有无机盐颗粒，先采用蒸馏水对人造岩心进行淋滤或浸泡，待无机盐颗粒溶解完全后，停止淋滤或浸泡，形成溶孔；如果人造岩心中含有金属薄片，再采用酸或碱对人造岩心进行淋滤或浸泡，金属薄片与酸或碱反应完全后，停止淋滤或浸泡，形成裂隙；(6)将步骤(5)处理后的人造岩心用蒸馏水淋滤或浸泡，再干燥，获得最终岩心。...

【技术特征摘要】
1. 一种多重孔隙结构人造岩心的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 准备与需要模拟的天然岩心相对应的岩屑； (2) 准备制备人造岩心中模拟次生孔隙的材料，所述次生孔隙包括裂隙、溶孔中的一种 或两种： 如果需要模拟的天然岩心含有裂隙，根据裂隙的平均尺寸和纵横比，加工相同尺寸（d) 和对应厚度（h)的金属薄片，根据实际需要模拟的裂隙密度（ε)，确定所需金属薄片的数 量（η);其中，所述金属薄片的尺寸指金属薄片上任意两点间的最大长度，金属薄片的厚度 与其尺寸之比等于裂隙的纵横比； 如果需要模拟的天然岩心含有溶孔，根据溶孔的平均尺寸和数量，筛选相同尺寸和数 量的无机盐颗粒； (3) 将岩屑与环氧树脂系胶结剂混合均匀；如果模拟的天然岩心含有溶孔，还要再加 入按步骤（2)准备好的无机盐颗粒一起混合均匀； (4) 在环氧树脂系胶结剂开始固化前，将步骤（3)制得的混合物加入人造岩心模具中； 如果模拟的天然岩心含有裂隙，在向模具中添加混合物时，还应该随机、均匀的嵌入按步骤 (2)准备好的金属薄片；混合物全部加入模具后，施压，待环氧树脂系胶结剂固化完成后， 拆模获得人造岩心； (5) 如果人造岩心中含有无机盐颗粒，先采用蒸馏水对人造岩心进行淋滤或浸泡，待无 机盐颗粒溶解完全后，停止淋滤或浸泡，形成溶孔；如果人造岩心中含有金属薄片，再采用 酸或碱对人造岩心进行淋滤或浸泡，金属薄片与酸或碱反应完全后，停止淋滤或浸泡，形成 裂隙； (6) 将步骤（5)处理后的人造岩心用蒸馏水淋滤或浸泡，再干燥，获得最终岩心。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1)中金属薄片的数量（η) 按照下式计算： ndl 〇 SS ...................... v 式中，ε表示需要模拟的天然岩心的裂隙密度，d表示金属薄片的尺寸，V表示模具的 容积或人造岩心的体积。3. 根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子振，王瑞和，邱浩，李天阳，单珣，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37