一种碳酸盐岩储层微观模型及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种碳酸盐岩储层微观模型及其制备方法和应用。该模型制备方法包括：方解石晶体切割成晶体片；晶体片浸渍于熔融态的蜂蜡中于表面形成蜡涂层；采用二氧化碳激光器按照目标图案通道在晶体片正面的映射形状除去其对应晶体片正面的蜡涂层，完成目标图案通道的映射复刻；将晶体片正面向上浸入于盐酸中并超声振荡以刻蚀蜡涂层暴露的通道图案；钻出刻蚀的通道与外界相连通的进出口通道；采用玻璃盖片和粘合剂对晶体片正面覆盖使晶体片粘合，然后清洗通道并对通道进行润湿改性，得到碳酸盐岩储层微观模型。本发明专利技术的碳酸盐岩储层微观模型制备方法简单快速，模型承压能力极强，能够用于研究润湿性对碳酸盐岩注水开发提高采收率效果的影响等。

【技术实现步骤摘要】
一种碳酸盐岩储层微观模型及其制备方法和应用
本专利技术属于油气开发过程中的孔隙尺度流体流动
，涉及一种碳酸盐岩储层微观模型及其制备方法和应用。
技术介绍
目前世界上已经发现的油气储量99％以上集中在沉积岩中，而沉积岩中又以碳酸盐岩和砂岩储集层为主。其中，碳酸盐岩储层中油气储量占比巨大，石油占全球储量的60％以上，天然气占全球储量的40％以上。然而，碳酸盐岩油气藏受到成岩作用影响，非均质性强，孔隙连通性差，渗透率低，钻井后大多无自然产能或产量低，通常采用注水方式(含有表面活性剂或不含有表面活性剂)来提高油气井产能。在注水开发研究中，表面活性剂通过亲油基团吸附在岩石表面的油湿物质上或将岩石表面吸附的油湿物质去除，使得岩石由油湿变为水湿，从而提高注水波及效率，最终提高油气采收率。因此岩石的润湿性对表面活性剂的优选至关重要。碳酸盐岩和砂岩在原油未从烃源岩运移到储集岩时呈水湿，由于岩石在地层条件下(高温、高压)长期与原油进行接触，原油中的一些组分吸附在岩石表面导致岩石变为油湿，但它们两种储层岩石表面是有显著区别的。其中，碳酸盐岩表面呈正电，羧酸、环烷酸等物质呈负电，受静电力的作用吸附导致岩石表面呈油湿，原油的酸指数控制碳酸盐岩的原始润湿性；而砂岩表面呈负电，原油中的重烃组分、胶质沥青质等碱性物质吸附导致岩石呈油湿。原油的API重度，沥青质含量以及黏土含量控制砂岩的原始润湿性。因此，即便是注水中不含有表面活性剂的情况下，岩石表面类型同样会影响水-岩石界面润湿角，引起孔喉毛管力差异，最终导致注水效果差异。同样的，实验中保证相同的岩石类型是酸化研究的基础。目前，针对碳酸盐岩注水开发的相关研究基本上以地下取芯岩心或人造岩心为研究对象。常规实验方法如：公开号CN103245769A、CN104559991A，无法通过该类型研究方法直观观察到水相-油相-岩石相的界面现象，旨在直观认识岩心内部的渗流机理的核磁共振方法(如公开号CN107144515)和CT扫描方法(如公开号CN106644877A)同样无法达到实时观察孔喉界面现象的分辨率，另外通过阈值分割数据处理方法也会导致结果偏差。微流控技术是一种新兴技术，能够将生物、化学等实验室的基本功能微缩到一个几平方厘米的模型上，在微纳米尺度空间对流体进行操作。其实验过程消耗量小、试验速度快、安全性高、热量质量传递速率高且直观可视化等优势已经成功用于油气储层表征。使用微流控技术设计的微观油气藏模型常用材料是硅、玻璃、石英或PDMS、PMMA等聚合物材料，其中玻璃材料制作工艺成熟，价格低廉，性能稳定，最为常见(如公开号CN108150162A和CN107939387A)。玻璃材料化学成分主要为二氧化硅和其他氧化物，可近似表征砂岩储层，但与碳酸盐岩储层相距甚远，不适合在碳酸盐岩注水研究中使用。方解石材料无色透明，易于切割，但由于其化学活性和热稳定性相比玻璃材料较高，键合难度极大，需要使用新工艺方法制作方解石材质微观模型。Song、Wang等人(Wangetal.,2017；Yoonetal.,2019)使用化学合成方法，将碳酸钙矿物“生长”在玻璃微流控模型上，借助玻璃材料成熟的制作工艺，实现碳酸盐岩储层的表征，但其化学合成的碳酸钙表面并不是平整均匀的表面。在研究注水开发过程中，会影响水与碳酸钙表面的接触角，从而影响实验结果。为了使微观模型能够代表碳酸盐岩储层，从而研究碳酸盐岩注水开发提高采收率机理，亟待设计出一种能够稳定表征碳酸盐岩储层的微观模型。
技术实现思路
基于现有技术存在的问题，本专利技术的第一目的在于提供一种碳酸盐岩储层微观模型的制备方法；本专利技术的第二目的在于提供该制备方法制备获得的碳酸盐岩储层微观模型；本专利技术的第三目的在于提供该碳酸盐岩储层微观模型在碳酸盐岩注水开发研究中的应用。本专利技术的目的通过以下技术手段得以实现：一方面，本专利技术提供一种碳酸盐岩储层微观模型的制备方法，其包括以下步骤：将方解石晶体切割成晶体片，打磨平整并清洗干燥；将晶体片浸渍于熔融态的蜂蜡中，于晶体片表面形成蜡涂层，取出晶体片冷却后，对晶体片一面的蜡涂层打磨均匀，将其作为正面；晶体片的背面及其它侧面采用胶带密封；采用二氧化碳激光器，按照目标图案通道在晶体片正面的映射形状，除去目标图案通道对应晶体片正面的蜡涂层，完成目标图案通道的映射复刻；将晶体片正面向上浸入于盐酸中并超声振荡以刻蚀蜡涂层暴露的通道图案，刻蚀完成后取出晶体片并清洗除去残余酸液；接着除去晶体片的胶带及其它部位的蜡涂层，并钻出刻蚀的通道与外界相连通的进出口通道；采用玻璃盖片和粘合剂对晶体片正面覆盖使晶体片粘合，然后清洗通道并对通道进行润湿改性，得到碳酸盐岩储层微观模型。上述的制备方法中，优选地，将方解石晶体切割成晶体片的厚度为3～4mm。上述的制备方法中，优选地，采用薄锯或精密线切割方解石晶体。上述的制备方法中，优选地，使用数字化控制精密机械加工车床实现晶体片的打磨平整。上述的制备方法中，优选地，依次使用乙醇和乙醚冲洗晶体片，水洗后烘干处理。上述的制备方法中，优选地，所述熔融态的蜂蜡的温度为160～180℃，晶体片浸渍于熔融态的蜂蜡中的浸渍时间为60～80s。上述的制备方法中，优选地，取出晶体片冷却并打磨均匀的步骤为：取出后将晶体片放置于铝箔片上冷却，与铝箔片接触的面为晶体片的正面，待晶体片冷却后，撕下铝箔片并采用砂纸打磨正面形成厚度均匀的耐酸性蜡涂层。铝箔表面平整且不易于蜂蜡粘连，易于揭下。上述的制备方法中，优选地，所述盐酸的质量浓度为5％。上述的制备方法中，优选地，超声振荡的时间为10min。上述的制备方法中，优选地，除去晶体片其它部位的蜡涂层的步骤为：将晶体片加热至160℃以上，以融化大部分的蜡涂层，然后降温后采用环己烷反复冲洗直至除去残留蜡涂层。上述的制备方法中，优选地，钻出刻蚀的通道与外界相连通的进出口通道的步骤为：使用高速钻机配置1mm的平头金刚石钻头，在刻蚀的通道两侧的目标位置钻出与外界相连通的进出口通道；然后依次采用丙酮、乙醇和水清洗石晶片，使用氮气气枪吹干晶体片的正面。上述的制备方法中，优选地，采用玻璃盖片和粘合剂对晶体片正面覆盖使晶体片粘合的步骤为：在玻璃盖片上涂抹粘合剂，将晶体片的正面与玻璃盖片相粘合，施加重物使压强达到200Pa，并整体加热至60℃后保持15分钟。上述的制备方法中，优选地，所述粘合剂包括CA40氰基丙烯酸酯。上述的制备方法中，优选地，清洗通道的步骤为：将过量丙酮定压20kPa后注入到刻蚀的通道内以除去通道中残存的粘合剂，之后将水定压100kPa后冲洗通道。上述的制备方法中，优选地，对通道进行润湿改性的步骤为：将5倍以上孔隙体积的润湿改性剂定压至20kPa后注入到刻蚀的通道内，对通道内的水湿性方解石矿物表面进行油湿性的改性处理；改性处理后，将水定压20kPa后冲洗通道；然后将正戊烷定压至20kP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳酸盐岩储层微观模型的制备方法，其包括以下步骤：/n将方解石晶体切割成晶体片，打磨平整并清洗干燥；/n将晶体片浸渍于熔融态的蜂蜡中，于晶体片表面形成蜡涂层，取出晶体片冷却后，对晶体片一面的蜡涂层打磨均匀，将其作为正面；晶体片的背面及其它侧面采用胶带密封；/n采用二氧化碳激光器，按照目标图案通道在晶体片正面的映射形状，除去目标图案通道对应晶体片正面的蜡涂层，完成目标图案通道的映射复刻；将晶体片正面向上浸入于盐酸中并超声振荡以刻蚀蜡涂层暴露的通道图案，刻蚀完成后取出晶体片并清洗除去残余酸液；/n接着除去晶体片的胶带及其它部位的蜡涂层，并钻出刻蚀的通道与外界相连通的进出口通道；/n采用玻璃盖片和粘合剂对晶体片正面覆盖使晶体片粘合，然后清洗通道并对通道进行润湿改性，得到碳酸盐岩储层微观模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳酸盐岩储层微观模型的制备方法，其包括以下步骤：
将方解石晶体切割成晶体片，打磨平整并清洗干燥；
将晶体片浸渍于熔融态的蜂蜡中，于晶体片表面形成蜡涂层，取出晶体片冷却后，对晶体片一面的蜡涂层打磨均匀，将其作为正面；晶体片的背面及其它侧面采用胶带密封；
采用二氧化碳激光器，按照目标图案通道在晶体片正面的映射形状，除去目标图案通道对应晶体片正面的蜡涂层，完成目标图案通道的映射复刻；将晶体片正面向上浸入于盐酸中并超声振荡以刻蚀蜡涂层暴露的通道图案，刻蚀完成后取出晶体片并清洗除去残余酸液；
接着除去晶体片的胶带及其它部位的蜡涂层，并钻出刻蚀的通道与外界相连通的进出口通道；
采用玻璃盖片和粘合剂对晶体片正面覆盖使晶体片粘合，然后清洗通道并对通道进行润湿改性，得到碳酸盐岩储层微观模型。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，将方解石晶体切割成晶体片的厚度为3～4mm；
优选地，采用薄锯或精密线切割方解石晶体；
优选地，使用数字化控制精密机械加工车床实现晶体片的打磨平整；
优选地，依次使用乙醇和乙醚冲洗晶体片，水洗后烘干处理。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述熔融态的蜂蜡的温度为160～180℃，晶体片浸渍于熔融态的蜂蜡中的浸渍时间为60～80s；
优选地，取出晶体片冷却并打磨均匀的步骤为：
取出后将晶体片放置于铝箔片上冷却，与铝箔片接触的面为晶体片的正面，待晶体片冷却后，撕下铝箔片并采用砂纸打磨正面形成厚度均匀的耐酸性蜡涂层。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述盐酸的质量浓度为5％；
优选地，超声振荡的时间为10min。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，除去晶体片其它部位的蜡涂层的步骤为：
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【专利技术属性】
技术研发人员：梁天博，周福建，苏航，于馥玮，李源，李俊键，左洁，杨凯，曲鸿雁，姚二冬，李奔，胡晓东，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，北京科麦仕油田化学剂技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11