一种层状人工岩样及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种层状人工岩样及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：对待研究储层的井下取心岩石进行测试分析，获得取心岩石的矿物成分和力学性质；基于此确定层状人工岩样的基质矿物与胶结剂的配比；浇筑具有不同表面粗糙度的岩板；制备含有不同胶结强度的层理面的层状岩样，并测试各层理面的力学性质，选取最接近井下取心岩石的层理面粗糙度；根据所确定的基质矿物与胶结剂的配比以及层理面粗糙度制备所述层状人工岩样。本发明专利技术可制备出既能定量表征层理面力学性质，又能有效还原天然储层岩石力学特点的层状人工岩样，将其用于水力压裂室内实验中，可提高实验结果的科学性，有利于揭示水力压裂裂缝扩展机理。利于揭示水力压裂裂缝扩展机理。利于揭示水力压裂裂缝扩展机理。

【技术实现步骤摘要】
一种层状人工岩样及其制备方法


[0001]本专利技术涉及油气田储层压裂改造实验领域，具体涉及一种层状人工岩样及其制备方法。

技术介绍

[0002]页岩油是一种储存于富含有机质与纳米级孔隙的页岩地层中的石油。其开发潜力巨大，是重要的油气接替资源。但页岩油储层一般较为致密且层理发育，现阶段需采用水力压裂技术人为改造储层，即利用水力能量在储层中产生水力裂缝并激活天然裂缝，形成复杂的裂缝网络，从而大幅提高储层的泄油面积，实现页岩油的高效经济开采。
[0003]目前，页岩油的高效经济开发面临系列挑战，如受储层发育的层理影响，水力裂缝在高度方向上的延伸距离较短，显著影响了油井的单井控制储量。因此，弄清页岩油水力压裂过程中的裂缝扩展机理，进而优化压裂施工工艺，有望提高油井的单井控制储量。
[0004]学者们一般采用数值模拟与室内实验等方法开展水力压裂裂缝扩展的相关研究。在页岩油水力压裂室内实验中，天然岩样与人工岩样均可作为研究对象。天然岩样可取自井底取心岩石，但受限于井筒尺寸，一般用于拟三轴压裂室内实验。用于真三轴压裂室内实验的天然岩样通常取自地表露头，其埋存条件与地下储层岩石的埋存地质条件差异较大，导致二者的力学性质不一致。此外，天然岩样受层理等弱面的影响，即使取自相同位置的岩样，加工后的岩样间也存在一定的差异，增加了实验结果的不确定性。
[0005]人工岩样有效降低了实验岩样间的差异性，可提高实验结果的可重复性。制备模拟天然页岩油储层岩石的人工岩样的难点在于如何重现层理对均质岩样力学性质的影响。这种考虑层理影响的人工岩样一般称为层状人工岩样。当前，制备此类人工岩样的方法主要有两种，分别是用粘结剂粘结不同类型的岩板，以及在浇筑均质试样时加入隔层岩板。而利用这些方法制备的层状人工岩样只能定性表征层理的胶结强度，无法还原天然储层岩石的力学性质。
[0006]因此，需提出一种可定量表征层理力学性质、有效还原天然储层力学特点的层状人工岩样制备新方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种层状人工岩样及其制备方法。本专利技术制备出既可定量表征层理力学性质，又能有效还原天然储层岩石力学特点的层状人工岩样，将其用于水力压裂室内实验中，可提高实验结果的科学性，有利于揭示水力压裂裂缝扩展机理。
[0008]为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术一方面提供一种层状人工岩样的制备方法，包括以下步骤：
[0010]对待研究储层的井下取心岩石进行测试分析，获得取心岩石的矿物成分和力学性质；
[0011]基于所述取心岩石的矿物成分和力学性质确定层状人工岩样的基质矿物与胶结
剂的配比；
[0012]使用基质矿物与胶结剂按照所确定的配比浇筑具有不同表面粗糙度的岩板；
[0013]分别使用所得岩板制备含有不同胶结强度的层理面的层状岩样，并测试各层理面的力学性质；
[0014]基于各层理面的力学性质测试结果，选取最接近井下取心岩石的层理面粗糙度；
[0015]根据所确定的基质矿物与胶结剂的配比以及层理面粗糙度制备所述层状人工岩样。
[0016]根据本专利技术的制备方法，优选地，所述对待研究储层的井下取心岩石进行测试分析包括：对待研究储层的井下取心岩石开展XRD矿物成分测试，明确岩石的矿物成分；开展宏观和微观岩石力学实验，测量取心岩石的抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、弹性模量、泊松比与断裂韧性等力学性质。
[0017]根据本专利技术的制备方法，优选地，所述基于所述取心岩石的矿物成分和力学性质确定层状人工岩样的基质矿物与胶结剂的配比的过程包括：
[0018]根据取心岩石的矿物成分，确定层状人工岩样的基质矿物成分与配比，并选取合适的胶结物；
[0019]利用模具将基质矿物和胶结剂按一定配比浇筑为均质的人工岩样后，进行宏观和微观岩石力学测试，得到人工岩样的岩石力学参数；对比取心岩石与人工岩样的各岩石力学参数，并基于取心岩石的矿物成分调整人工岩样的基质矿物和胶结剂的配比，直至人工岩样的岩石力学参数满足要求。
[0020]由于人工岩样的制备过程与实际地层岩石矿物的沉积过程不同，人工岩样与取心岩石存在矿物分布、孔隙结构等特征的差异，按照取心岩石的矿物配比浇筑后的岩样的力学性质与取心岩石可能存在较大差异，因此还需对人工岩样的基质矿物与胶结物配比进行调整，直至人工岩样的岩石力学参数满足要求。
[0021]根据本专利技术的制备方法，优选地，所述人工岩样的岩石力学参数满足要求是指：其强度参数高于取心岩石的强度参数，其余各项岩石力学参数与取心岩石相同或基本相符；所述强度参数包括抗拉强度、抗压强度和抗剪强度。更优选地，所述人工岩样的强度参数高于取心岩石的20
‑
30％，其余各项岩石力学参数与取心岩石的误差小于20％。
[0022]在调整过程中，人工岩样的强度参数高于取心岩石的强度参数。原因为后续在人工岩样中形成层理时，岩样的力学强度将降低。
[0023]本专利技术的层状人工岩样不同层的岩样性质可以一致，也可以具有较大差异，体现在矿物及胶结物的配比上，均以实际地层条件为基础设定。
[0024]根据本专利技术的制备方法，优选地，所述层状人工岩样的基质矿物的矿物成分及配比依据取心岩石的矿物成分设定，为减小实验难度，忽略取心岩石中矿物含量在10％以下的矿物成分；所述基质矿物包括石英、长石、白云石和高岭石。为简化实验，所述基质矿物选用不同目数石英砂等廉价材料代替不同矿物，所述胶结剂选择水泥和水混合制成的水泥浆。
[0025]根据本专利技术的制备方法，优选地，所述使用基质矿物与胶结剂按照所确定的配比浇筑具有不同表面粗糙度的岩板的过程包括：
[0026]在两块表面具有一定表面粗糙度的隔板之间，使用所确定的基质矿物与胶结剂按
照所确定的配比混合的拌合物浇筑出两侧表面具有一定表面粗糙度的岩板；
[0027]同理使用不同表面粗糙度的隔板制备出具有不同表面粗糙度的岩板。
[0028]加工具有不同表面粗糙度的隔板，浇筑出不同表面粗糙度的岩板，实现岩板与拌合物胶结的强弱，从而模拟地层不同层位的胶结强度。为模拟弱胶结，同样可以加工表面光滑的隔板，使岩板表面光滑。
[0029]具体的，此处使用第一模具，所述第一模具的两相对内表面设置有可插入安装所述隔板的凹槽，进一步的，所述凹槽均匀间隔一定距离排布，由此可调整相邻隔板安装位置制备出不同厚度的岩板，可模拟天然岩样的不同层高。以上将两块表面具有一定表面粗糙度的隔板插入凹槽内，在两隔板之间进行浇筑形成岩板。本领域技术人员理解的，浇筑完成后压实，待24小时固化后拆除模具得到岩板。如无特殊说明，本专利技术中所述浇筑后均包括压实、固化和脱模的步骤。
[0030]根据本专利技术的制备方法，优选地，所述分别使用所得岩板制备含有不同胶结强度的层理面的层状岩样的过程包括：
[0031]使用所述拌合物在模具中浇筑至一定厚度，将表面振捣压实后，放入具有一定表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层状人工岩样的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：对待研究储层的井下取心岩石进行测试分析，获得取心岩石的矿物成分和力学性质；基于所述取心岩石的矿物成分和力学性质确定层状人工岩样的基质矿物与胶结剂的配比；使用基质矿物与胶结剂按照所确定的配比浇筑具有不同表面粗糙度的岩板；分别使用所得岩板制备含有不同胶结强度的层理面的层状岩样，并测试各层理面的力学性质；基于各层理面的力学性质测试结果，选取最接近井下取心岩石的层理面粗糙度；根据所确定的基质矿物与胶结剂的配比以及层理面粗糙度制备所述层状人工岩样。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对待研究储层的井下取心岩石进行测试分析包括：对待研究储层的井下取心岩石开展XRD矿物成分测试，明确岩石的矿物成分；开展宏观和微观岩石力学实验，测量取心岩石的抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、弹性模量、泊松比和断裂韧性。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基于所述取心岩石的矿物成分和力学性质确定层状人工岩样的基质矿物与胶结剂的配比的过程包括：根据取心岩石的矿物成分，确定层状人工岩样的基质矿物成分与配比，并选取合适的胶结物；利用模具将基质矿物和胶结剂按一定配比浇筑为均质的人工岩样后，进行宏观和微观岩石力学测试，得到人工岩样的岩石力学参数；对比取心岩石与人工岩样的各岩石力学参数，并基于取心岩石的矿物成分调整人工岩样的基质矿物和胶结剂的配比，直至人工岩样的岩石力学参数满足要求。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述人工岩样的岩石力学参数满足要求是指：其强度参数高于取心岩石的强度参数，其余各项岩石力学参数与取心岩石相同或基本相符；所述强度参数包括抗拉强度、抗压强度和抗剪强度；优选地，所述人工岩样的强度参数高于取心岩石的20
‑
30％，其余各项岩石力学参数与取心岩石的误差小于20％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述层状人工岩样的基质矿物的矿物成分及配比依据取心岩石的矿物成分设定，且忽略取心岩石中矿物含量在10％以下的矿物成分；所述基质矿物包括石英、长石、白云石和高岭石。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基质矿物选...

【专利技术属性】
技术研发人员：田守嶒，雍煜宁，郭肇权，王天宇，盛茂，王海柱，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：