一种可控裂缝参数的碳酸盐岩井筒模型制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种不同裂缝参数及分布的碳酸盐岩井筒模型制备方法，(1)制作模拟裂缝：根据需要模拟的裂缝形状，利用不同尺寸的硅胶片模拟裂缝；(2)制作模拟地层：在圆柱形模具中排布步骤(1)中的裂缝，并将碳酸盐岩岩屑与水泥浆体系组成的模拟地层材料倒入模具中；(3)待水泥浆凝固硬化后，取芯形成模拟井筒；所述模拟裂缝的排布方法为：将若干硅胶片固定于直径小于1mm的细线上，拉直细线，使硅胶片按设计的角度分布在模拟井筒内。本发明专利技术的井筒模型可用于研究模拟碳酸盐岩裂缝对于测井的响应，裂缝参数及分布便于控制和改变，其力学性质及弹性性质与真实碳酸盐岩相近，且性质稳定，制作简单，成本较低。

Preparation method and application of carbonate rock wellbore model with controllable fracture parameters

The invention discloses a method for preparing carbonate wellbore model with different fracture parameters and distributions, (1) making simulated cracks: simulating crack shapes according to needs, using different sizes of silica film to simulate cracks, (2) making simulated strata: arranging cracks in step (1) in cylindrical mold, and putting carbonate cuttings into place. The simulated formation material consisting of cement slurry system is poured into the mould; (3) When cement slurry solidifies and hardens, the core is taken to form a simulated wellbore; the arrangement method of simulated cracks is as follows: fixing some silicone film on the thin line with diameter less than 1 mm, straightening the thin line, and distributing the silicone film in the simulated wellbore according to the designed angle. The wellbore model of the invention can be used to study the response of simulated carbonate fracture to logging. The fracture parameters and distribution are easy to control and change. Its mechanical and elastic properties are similar to real carbonate rock, and its properties are stable, its fabrication is simple and its cost is low.

【技术实现步骤摘要】
一种可控裂缝参数的碳酸盐岩井筒模型制备方法及应用
本专利技术涉及一种碳酸盐岩地层井筒模型制备方法，具体涉及一种可控裂缝参数及分布的碳酸盐岩地层井筒模型及模拟测井声波测量方法。属于岩石物理仿真建模

技术介绍
由于溶蚀、构造运动、水力压裂等因素的影响，碳酸盐岩储层孔隙类型多样，孔隙结构复杂，次生孔隙发育，含有大量裂缝和溶洞。复杂的孔隙结构会给常规基于弹性波理论声波测井解释带来不确定性和多解性。同时裂缝的存在会极大的影响碳酸盐岩储层的孔隙度，渗流能力以及储集能力；因此，为了更好地评价和开发碳酸盐岩储层，最关键、也最困难的问题在于研究它的裂缝结构特征。声波测井在碳酸盐岩储层中有特殊的和实际应用，因为它们主要反映基质孔隙度，且受裂缝的影响较大。声波如挤压、剪切和斯通利波对储层裂缝和渗透率等敏感；因此，对于这些波的精确分析是储层物性识别的有效手段。然而对于裂缝发育复杂的碳酸盐岩孔隙结构的定量化分析比较复杂，很难在地层中研究微观参数对岩石宏观物理属性的影响。岩心尺度下的高频测试与常规测井声波方式具有较大不同，主要体现在两个方面：1、超声实验采用透射法测量弹性波，而声波测井则通过测量地层中滑行波研究地层性质，两者具有很大差别。2、现有研究表明不同弹性波频率下岩石表现出不同的物理物性。通常室内岩心尺度较小，一般为直径2.54cm，5.5cm的标准岩心，且发射频率较高(MHz)，而常规声波测井仪器长达数米，发射频率约为10～100KHz。因此，直接将岩石物理实验结果应用于测井解释中将会产生一定的偏差。同时，目前针对煤层气、页岩气及致密气等非常规油气储层开发的水力压裂技术，对于增产起到了关键作用。而在室内压裂试验中，也需要制作大尺度含不同裂缝参数的井筒模型。目前对于砂岩人造岩心制作工艺已经相对成熟。通常选用不同粒径的石英砂与胶结剂进行混合，压实可形成不同裂缝孔隙度和渗透率的岩心。然而，对于裂缝结构复杂的碳酸盐岩，现有方法只适用于小尺度岩心制作(薄片组合法、切割模拟法、插缝法、溶蚀法等)，无法制作不同裂缝参数地层井筒模型。主要存在以下几点问题：1、现有方法通常使用环氧树脂作为胶结剂，价格较高，无法制作大尺度模型。且混合后稠度很大，很难保证混合均匀(中国专利CN103048178A、CN089806A、CN107101854A)。2、压实过程中不同压实时间和压力对于岩心最终性质影响很大，且大型压力机使用不便，对于大尺度井筒模型需要耗费大量人力物力。3、不同裂缝角度对声波传播影响差异很大，现有模型制作方法很难控制裂缝角度(中国专利CN103868772B、104034563A、104977195A)或只能制备少量裂缝(中国专利CN104407400B)，无法实现模拟大尺度裂缝的同时，精确控制裂缝参数及分布(中国专利CN105298480A)。水泥作为一种常用的建筑材料，便宜的价格，高强度以及稳定的性质使得其广泛应用于制作水力压裂模型中。在水泥水化过程中，整个体系具有流动性，可用于制作大尺度模型。但是对于水泥与碳酸盐岩差别较大，很难直接应用于碳酸盐岩实际地层模拟中(中国专利CN104563978A、105842026B)。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种能够模拟复杂裂缝参数碳酸盐岩地层井筒制备方法，以碳酸盐岩岩屑为骨架，水泥浆体系作为胶结剂，通过调节水泥浆组分及与碳酸盐岩岩屑的比例，可以实现模拟碳酸盐岩岩石性能。同时利用不同形状、不同数量的硅胶片加入所配水泥浆中充当裂缝，采用穿线拉直法可以实现大尺度裂缝模拟，并可以控制裂缝排列方向和角度。固结后模型性质稳定、实施方便，可用于定量分析裂缝参数对于测井声波的影响。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种可控裂缝参数碳酸盐岩地层井筒模型制备方法，包括步骤如下：(1)制作模拟裂缝：根据需要模拟的地层裂缝孔隙度和裂缝形状，加工制作不同尺寸硅胶片模拟裂缝；(2)制作模拟地层：在圆柱形模具中排布步骤(1)中的裂缝，并将碳酸盐岩岩屑与水泥浆体系组成的模拟地层材料倒入模具中；(3)待水泥浆凝固硬化后，取芯形成模拟井筒；所述模拟裂缝的排布方法为：将若干硅胶片固定于直径小于1mm的细线上，细线的一端按预先设计的排布方式固定在模具底部，另一端按预先设计的排布方式固定在模具顶部，拉直细线，可使硅胶片按设计的角度分布在模拟井筒内。细线为普通的尼龙线，由于很细，可以忽略对模型整体性质的影响；硅胶片是串在细线上的。对于单一孔隙结构，硅胶片的最长长度(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)为模拟裂缝最长方向长度，硅胶片厚度为模拟裂缝最短方向长度，模型所需要的硅胶片数量通过模型总孔隙度和单个硅胶片尺寸(最长长度和厚度)计算得出：式中N为需要添加的硅胶片数量，d和h分别为硅胶片的最长长度和厚度，V为井筒模具总体积；硅胶片最长长度和厚度的比值AR＝h/d为裂缝纵横比。上述方案优选的是，所述的裂缝排布方法指根据设计的裂缝孔隙度和裂缝角度，采用对角排布方式，在设计的1/4的环空空间内可平均排布6～100串硅胶片，每串6～24个硅胶片。水平方向裂缝通过水平排布的若干串硅胶片模拟，其中一串硅胶片的串连方式为：细线垂直贯穿硅胶片圆心，若干硅胶片均匀排布在细线上；竖直方向裂缝通过竖直排布的若干串硅胶片模拟，其中一串硅胶片的串连方式为：细线平行贯穿硅胶片圆心，若干硅胶片竖直排列在细线上；与水平方向呈0～90°的裂缝可通过倾斜排布的若干串硅胶片模拟，其中一串硅胶片的串连方式为：细线斜穿硅胶片圆心，若干硅胶片倾斜排布在细线上。具体的，所述对角排布是指：将环形圆筒空间平均分成四份，每份为1/4空间，在相对的两个1/4环形空间内排布硅胶片，可减少工作量。上述方案优选的是，所述的模拟地层材料的制备方法为：按质量比称取100份G级油井水泥和40份水，充分混合后边搅拌边加入50～250份碳酸盐岩岩屑，1～5份微硅，0.1～0.3％的减阻剂和0.5～2％消泡剂，搅拌完成后，除去气泡，得到混合物即为模拟地层材料。上述方案进一步优选的是，所述的水泥为粒径300目的硅酸盐粉末；碳酸盐岩岩屑为方解石含量大于98％、粒径范围为80～100目的晶粒；微硅为粒径小于1微米、SiO2含量超过97％的粉末。上述方案进一步优选的是，所述的搅拌时间为10～15分钟，搅拌速度为500～800转/分钟。上述方案进一步优选的是，所述除去气泡的方法为：搅拌完成后，在无裂缝分布的两个相对的1/4的环空空间内插入混凝土振动器，振动1～2分钟，将混合物中气泡振出。上述方案进一步优选的是，混合物在常温条件下静置20天，使其固化完全，保证模拟地层材料性质稳定。上述方案优选的是，取芯长度为井筒模型(0.5～1m)的75～85％，直径为圆柱形模具内径(250～350mm)的20～30％。本专利技术还提供一种不同裂缝参数碳酸盐岩地层井筒模型的应用，利用上述模拟井筒进行声波测井模拟实验，定量分析地层内裂缝结构参数对于测井声波传播的影响。上述方案优选的是，所述的井筒声波测井实验为测量含裂缝的两个相对1/4环空空间内传播的声波。本专利技术以碳酸盐岩岩屑为骨架，水泥浆体系作为胶结剂，模拟碳酸盐岩地层，以不同纵横比的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不同裂缝参数碳酸盐岩地层井筒模型制备方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)制作模拟裂缝：根据需要模拟的裂缝形状，制作不同尺寸的硅胶片模拟裂缝；(2)制作模拟地层：在圆柱形模具中排布步骤(1)中的裂缝，并将碳酸盐岩岩屑与水泥浆体系组成的模拟地层材料倒入模具中；(3)待水泥浆凝固硬化后，取芯形成模拟井筒；所述模拟裂缝的排布方法为：将若干硅胶片固定于直径小于1mm的细线上，细线的两端分别固定在模具的底部和顶部，拉直细线，使硅胶片按设计的角度分布在模拟井筒内。

【技术特征摘要】
1.一种不同裂缝参数碳酸盐岩地层井筒模型制备方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)制作模拟裂缝：根据需要模拟的裂缝形状，制作不同尺寸的硅胶片模拟裂缝；(2)制作模拟地层：在圆柱形模具中排布步骤(1)中的裂缝，并将碳酸盐岩岩屑与水泥浆体系组成的模拟地层材料倒入模具中；(3)待水泥浆凝固硬化后，取芯形成模拟井筒；所述模拟裂缝的排布方法为：将若干硅胶片固定于直径小于1mm的细线上，细线的两端分别固定在模具的底部和顶部，拉直细线，使硅胶片按设计的角度分布在模拟井筒内。2.根据权利要求1所述的不同裂缝参数碳酸盐岩地层井筒模型制备方法，其特征在于，所述的模拟裂缝的具体排布方法为：将环形圆筒空间平均分成四份，采用对角排布方式，在相对的两个1/4空间环形空间内，排布6～100串硅胶片，每串6～24个硅胶片。3.根据权利要求1所述的不同裂缝参数碳酸盐岩地层井筒模型制备方法，其特征在于，所述模拟地层材料的制备方法为：按质量比称取100份G级油井水泥和40份水，充分混合后边搅拌边加入50～250份碳酸盐岩岩屑，1～5份微硅，0.1～0.3％的减阻剂和0.5～2％消泡剂，搅拌完成后，除去气泡，得到混合物即为模拟地层材料。4.根据权利要求3所述的不同裂缝参数碳酸盐岩地层井筒模型制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李天阳，王瑞和，王子振，舒腾飞，
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