本发明属于页岩油开发技术领域，具体涉及一种盐间页岩油储层岩心模型的制备方法。
背景技术
随着北美地区页岩油气的成功开发和地质理论研究的发展，页岩油气的开采给世界油气勘探开发带来了重大变革，正逐渐影响着世界能源供需的格局。目前美国之外的国家和地区页岩油开发仍处于起步阶段，但已有调查表明全球广泛分布着大量的页岩油资源。开发页岩油对于缓解我国石油供需矛盾、降低原油对外依存度、保障能源安全等具有重要的战略意义。根据初步评价，我国陆相页岩地层总生油量为6×1012t，页岩油资源量约1300×108t，可采资源量约(30～60)×108t(邹才能等，致密油与页岩油内涵、特征、潜力及挑战，矿物岩石地球化学通报，2015，35(1))，资源潜力巨大。我国大多数含油气盆地均广泛发育有陆相的富含有机质页岩，主要分布于准噶尔、鄂尔多斯、松辽、渤海湾、三塘湖、吐哈、南襄、江汉、苏北等多个盆地陆相地层中，其中渤海湾、江汉等盆地中均含有大量盐间页岩油。
盐间页岩油藏是具有重要现实意义的一种特殊油藏。以江汉盆地潜江凹陷盐间页岩油藏为例，其潜江组发育了193个盐韵律层，累计厚度达2000m以上，每个盐韵律层一般由下部的淡化段(泥质岩、泥晶白云岩、泥岩、钙芒硝岩等混和组成，夹部分碳酸盐岩、薄层石盐岩和钙芒硝岩)和上部的咸化段(主要由石盐岩组成，夹少量无水芒硝岩)组成，盐间地层既是生油层又是储油层，其生成的油气由上下盐岩封隔，潜江凹陷盐间页岩油藏蕴涵着丰富的油气资源，其生油量为43×108t，资源量达1.68×108t，具有较大的开采潜力，对江汉油田的增储上产及可持续发展具有重要意义。潜江凹陷盐间页岩油藏是在盐湖沉积背景下油气富集在多种岩类混合形成的储层中而形成的油藏，储层岩性非常特殊，主要表现为含盐、细粒、无骨架支撑、非均质等(王庆胜，潜江凹陷盐间非砂岩油藏评价与开发技术研究，中国地质大学(北京)博士学位论文，2010)。
盐间页岩油藏是一个新领域，对于它的油藏评价与开发至今还没有一套成熟技术，还处于科研攻关与现场试验阶段，尤其在储层识别与评价、储层改造、开发方式(如完井方式、能量补充等)等方面研究相对薄弱。因此，很有必要针对盐间页岩油储层进行更深入的研究。其中，进行相关储层的岩心分析是一种必不可少的手段。然而，由于盐间页岩油储层的含盐、无骨架支撑、层理发育等特性，钻井取心难度大，岩心不易保存，且钻井取心所得岩样尺寸有限，很难有效进行溶蚀、压裂、能量补充等实验研究。于是，人造岩心便成了一条重要途径。
目前，已有文献中的人造岩心主要是人造砂岩/碳酸盐岩岩心，使用的制备材料多以石英砂/岩屑等为主料，以树脂或水泥等为胶结剂，如专利文献cn104089806a、cn104390825a、cn105547778a和cn103048178a等。而针对含盐岩心模型的制备装置及方法主要局限于盐岩储气库溶腔模型，如专利文献cn201874547u公开了一种盐岩储气库溶腔模型制备装置，该装置主要由钢体、上压板、支撑轴和下压板组成，钢体的内腔为柱体，在钢体的内腔有压实部件，压实部件包括上压板、支撑轴和下压板，上压板与下压板平行，在上压板与下压板中间通过支撑轴连接，下压板的外壁与钢体的内壁滑动配合。该专利中制备盐岩储气库溶腔模型的材料为氯化钠和泥土。专利文献cn102606146a公开了一种模拟多夹层盐岩地质条件的造腔模型试验方法，包括如下步骤：对天然含夹层盐岩分析；制作可加温的盐岩模具；制作夹层盐岩试件；在夹层盐岩试件的顶端向下钻孔，在夹层盐岩试件的顶面上放置用于模拟多夹层盐岩上的覆盖层的压盘，并布置造腔技术套管；通过超声波换能器探测测定波在夹层盐岩试件的壁面传播的时间来计算任意造腔阶段的夹层盐岩试件的腔壁厚度，获取各造腔工艺参数对层状盐岩腔体形状扩展的影响。该专利文献中制备造腔模型盐岩层的材料为纯盐岩粉末，夹层的材料为硫酸钙和粘土。这些已有文献中的岩心模型一般采用物理混合、压实的方法制备，模拟岩层的矿物组成及结构都比盐间页岩油储层更简单。
由此可见，亟需提供一种盐间页岩油储层岩心模型制备方法，不仅能够解决盐间页岩油储层钻井取心难度大、岩样尺寸有限等问题，而且能制备得到与实际盐间页岩油储层岩心相近的岩心模型。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种盐间页岩油储层岩心模型制备方法，该方法能够制备得到与实际储层岩心更相近的岩心模型，利用该岩心模型开展研究，可以为盐间页岩油储层改造及开发提供更可靠的依据。
本发明提供一种盐间页岩油储层岩心模型的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
1)分析盐间页岩油储层的矿物组成：对目标研究区域盐间页岩油储层岩心进行分层分析，得到各层位的矿物组成；
2)准备岩心模型制备材料：采用储层岩心对应层位的岩样或与对应层位岩样的矿物组成及物理力学性质相似的材料作为岩心模型对应位置的制备材料；
3)配制各层岩心材料混合液：将各层岩心模型制备材料分别与水混合，得到各层岩心材料混合液；
4)制备岩心模型：将各层岩心材料混合液按层位从下至上分别加入到岩心模型制备装置中，且每加一层岩心材料混合液，均进行干燥，使固体析出，得到对应层位的岩心材料；将所得岩心材料压实，从而制得岩心模型。
本发明的方法基于固体析出、压实的方法来制备盐间页岩油储层岩心模型，具有如下技术效果：
(1)本发明的制备方法中充分分析了储层矿物组成，即在参照实际地质及生产条件的基础上，选用储层岩心对应层位的岩样或与岩样的矿物组成及物理力学性质相似的材料，按照一定的比例做成较大尺寸的盐间页岩油储层岩心模型，而且，采用的固体析出过程与地层矿物沉积过程类似，压制岩心材料时加载压力为上覆岩层压力，使最终得到的岩心模型能较好地反映不同岩层分布特征，体现各层矿物组成等差异，较为真实地模拟盐间页岩油储层特性；
(2)岩心模型制备装置简单、灵活、使用方便，可根据实际需求制备不同大小、形状的装置，从而获得对应大小和形状的岩心模型，解决了盐间页岩油储层钻井取心难度大、岩样尺寸有限等问题；
(3)岩心模型中可以设计井筒或者安装其它特殊装置，可以灵活开展溶蚀规律研究、压裂改造、能量补充等实验，从而为盐间页岩油储层改造及开发方式优化提供依据，应用范围广泛。
附图说明
图1：实施例1采用的岩心模型制备装置的正视图；
图2：图1所示岩心模型制备装置的侧视图；
图3：图1所示岩心模型制备装置的俯视图。
附图标记说明
1、模具；2、密封圈；3、压板；4、提扣；5、岩心模型；6、底板。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施方式和附图来详细说明本发明，这些实施方式仅起说明性作用，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种盐间页岩油储层岩心模型的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
1)分析盐间页岩油储层的矿物组成：对目标研究区域盐间页岩油储层岩心进行分层分析，得到各层位的矿物组成；
2)准备岩心模型制备材料：采用储层岩心对应层位的岩样或与对应层位岩样的矿物组成及物理力学性质相似的材料作为岩心模型对应位置的制备材料；
3)配制各层岩心材料混合液：将各层岩心模型制备材料分别与水混合，得到各层岩心材料混合液；
4)制备岩心模型：将各层岩心材料混合液按层位从下至上分别加入到岩心模型制备装置中，且每加一层岩心材料混合液，均进行干燥，使固体析出，得到对应层位的岩心材料；将所得岩心材料压实，从而制得岩心模型。
根据本发明，步骤1)中，对目标研究区域盐间页岩油储层岩心进行分层分析可以是通过在现场钻取岩心的岩样，对岩样进行分层分析来完成。
一般情况下，储层矿物可按照水溶盐岩的含量分为咸化层和淡化层两大类；另外，所述咸化层和淡化层可根据实际矿物组成差异及研究需要进行进一步分层。
优选情况下，步骤1)中，将矿物组成的类型分为碳酸盐岩、水溶盐岩和泥质岩。
按照本发明，所述盐间页岩油储层的矿物组成中，通常碳酸盐岩主要细分为白云岩、石灰岩等；水溶盐岩主要细分为石盐岩、含钾盐岩、含镁盐岩、钙芒硝岩等；泥质岩主要包括泥岩、粘土岩、页岩等，主要成分为伊利石、高岭石、绿泥石、蒙脱石和混层粘土等粘土矿物。
本发明中，“与对应层位岩样的矿物组成及物理力学性质相似的材料”是指所述材料与岩样的主要化学组成相同，物理力学性质相似，具体的物理力学性质相似是指抗压强度、弹性模量、泊松比等相似。本发明的岩心模型制备材料中，一般情况下，可用白云石代表白云岩，氯化钠代表石盐岩，硫酸钾代表含钾盐岩，硫酸镁代表含镁盐岩，钙芒硝代表钙芒硝岩，粘土代表泥质岩。
根据本发明，步骤2)中，所述制备材料为颗粒状，粒径尺寸与储层矿物的粒径相匹配。
具体地，粒径相匹配是指制备材料的粒径尺寸按照岩心模型与储层岩心的尺寸比例进行确定。
优选地，步骤3)中，水与各层岩心模型制备材料的质量比为0.5～5︰1。
根据本发明，步骤4)中，岩心材料混合液可以采用烘箱进行干燥。优选地，所述干燥的温度为102～110℃，干燥时间为1～10h。
根据本发明，步骤4)中，压实岩心材料采用分层依次压制或整体压制。
所述整体压制可以是所有岩心材料混合液在干燥、固体析出后，将所得产物一起压制，也可以是部分(若干层)岩心材料混合液在干燥、固体析出后进行压制，接着加入其它岩心材料混合液重复简述过程。
优选情况下，压实岩心材料所采用的压力为目标研究储层的上覆岩层压力，压制时间为1～24h。
所述上覆岩层压力为与岩心模型被压制层位对应的储层层位受到的上覆岩层压力，一般在步骤1)的现场钻取岩样过程中即可测得。
根据本发明，所述岩心模型中各层的厚度与储层岩心中相应层位的厚度相等或按比例相匹配。所述按比例相匹配是指根据岩心模型与储层岩心的整体厚度比例确定相应层位的厚度。
另外，对于需要模拟含有井筒、页岩油或者其它特殊装置的岩心模型，可以在岩心模型制备好之后进行打孔、饱和页岩油或安装装置等操作，也可以在岩心压制过程中进行相关操作。
按照本发明的一种实施方式，所述岩心模型制备装置包括模具、底板和压板，所述模具为筒状结构，所述底板和压板分别与模具的内腔相匹配，所述压板上设置有提扣，所述模具、底板和压板可由不锈钢材料制成。
优选地，所述底板和压板的外围设置有凹槽，用于安装密封圈。
本发明中，所述模具的形状可以为圆柱筒、方形筒或其它形状的筒结构，所述底板和压板分别与模具内腔相匹配是指底板和压板的横截面的形状与模具横截面的形状相同，大小为正好配合容纳于模具中。
所述提扣的扣眼横截面可以为方形、圆形或其它形状。
本发明中，所述凹槽的形状优选为圆弧形或方形。
以下通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明盐间页岩油储层岩心模型的制备方法。
所采用的岩心模型制备装置如图1-3所示。其中，模具1为圆柱筒(内径为200mm，外径为210mm，高度为420mm)，模具1的材料为不锈钢；底板6为圆柱体(直径为199mm，高度为10mm)，圆弧形凹槽深度为3mm、直径为6mm，密封圈2的直径为4mm，底板6的材料为不锈钢；压板3为圆柱体(直径为199mm，高度为22mm)，圆弧形凹槽深度为3mm、直径为6mm，密封圈2直径为4mm，压板3上提扣4的扣眼横截面为长方形(长度为20mm，宽度为10mm)，扣眼最深处深度为15mm，压板3的材料为不锈钢。
岩心模型的制备过程如下：
(1)分析盐间页岩油储层的矿物组成：对现场钻取的目标研究区域盐间页岩油储层岩心进行分析，岩心深度为1602.5-1613.5m，平均上覆岩层压力为35mpa，岩心分为7层，由深至浅各层主要矿物组成依次为：第1层(1612.5-1613.5m)钙芒硝岩55％、含镁盐岩40％、含钾盐岩5％；第2层(1610.5-1612.5m)含钾盐岩44％、石盐岩52％、钙芒硝岩4％；第3层(1609.5-1610.5m)石盐岩2％、钙芒硝岩87％、白云岩8％、泥质岩3％；第4层(1606.5-1609.5m)白云岩38％、泥质岩35％、石盐岩12％、含钾盐岩6％、含镁盐岩5％、钙芒硝岩4％；第5层(1605.5-1606.5m)石盐岩4％、钙芒硝岩85％、白云岩7％、泥质岩4％；第6层(1603.5-1605.5m)钙芒硝岩51％、含镁盐岩43％、含钾盐岩6％；第7层(1602.5-1603.5m)含钾盐岩47％、石盐岩50％、钙芒硝岩3％。
(2)准备岩心模型制备材料：采用白云石代表白云岩，氯化钠代表石盐岩，硫酸钾代表含钾盐岩，硫酸镁代表含镁盐岩，钙芒硝代表钙芒硝岩，粘土代表泥质岩，这些材料均为颗粒状，粒径大小与各层相应矿物颗粒尺寸相匹配。
(3)配置各层岩心材料混合液：岩心模型目标高度设定为220mm，按目标研究区域盐间页岩油储层岩心各层的矿物组成及厚度比例称取第1层岩心模型所需的材料，加入装有1倍材料质量的水的容器中，充分搅拌均匀后得到第1层岩心模型制备材料混合液；重复这一过程得到第2至7层岩心模型制备材料混合液。
(4)制备岩心模型：安装岩心模型制备装置的模具1和底板6；将第1层岩心模型制备材料的混合液倒入制备装置中，放入105℃烘箱中干燥4h，使其水分蒸发、固体析出；将第2层岩心模型制备材料的混合液倒入制备装置中，重复固体析出过程；完成第7层岩心固体析出过程后盖上压板3，用压力机对压板3加压，加载压力为35mpa，加载时间为24h，使岩心模型压实；取出压板3和底板6，即可获得与目标研究区域盐间页岩油储层矿物组成及物理力学性质相似的圆柱形的层状岩心模型5(直径为200mm，高度为220mm，由下至上各层厚度依次为20mm、40mm、20mm、60mm、20mm、40mm、20mm)。
实施例2
本实施例用于说明本发明盐间页岩油储层岩心模型的制备方法。
采用的模型制备装置中模具为方形筒(长420mm、宽320mm，内腔长400mm、宽300mm，高度为450mm)，模具的材料为不锈钢；底板为长方体(长399mm、宽299mm，高度为10mm)，圆弧形凹槽深度为3mm、直径为6mm，密封圈直径为4mm，底板的材料为不锈钢；压板为长方体(长399mm、宽299mm，高度为26mm)，圆弧形凹槽深度为3mm、直径为6mm，密封圈直径为4mm，压板上提扣的扣眼横截面为圆形(直径为14mm)，扣眼最深处深度为21mm，压板的材料为不锈钢。
岩心模型的制备过程如下：
(1)分析盐间页岩油储层的矿物组成：对现场钻取的目标研究区域盐间页岩油储层岩心进行分析，岩心深度为1830.0-1844.0m，平均上覆岩层压力为40mpa，岩心分为5层，由深至浅各层主要矿物组成依次为：第1层(1841.5-1844.0m)含钾盐岩11％、石盐岩86％、钙芒硝岩3％；第2层(1840.0-1841.5m)石盐岩1％、钙芒硝岩93％、白云岩4％、泥质岩2％；第3层(1834.0-1840.0m)白云岩35％、泥质岩31％、石盐岩13％、含钾盐岩10％、含镁盐岩7％、钙芒硝岩4％；第4层(1832.0-1834.0m)石盐岩3％、钙芒硝岩89％、白云岩6％、泥质岩3％；第5层(1830.0-1832.0m)钙芒硝岩8％、含镁盐岩53％、含钾盐岩36％、石盐岩3％。
(2)准备岩心模型制备材料：采用白云石代表白云岩，氯化钠代表石盐岩，硫酸钾代表含钾盐岩，硫酸镁代表含镁盐岩，钙芒硝代表钙芒硝岩，粘土代表泥质岩，这些材料均为颗粒状，粒径大小与各层相应矿物颗粒尺寸相匹配。
(3)配置各层岩心材料混合液：岩心模型目标高度设定为280mm，按目标研究区域盐间页岩油储层岩心各层的矿物组成及厚度比例称取第1层岩心模型所需的材料，加入装有1倍材料质量的水的容器中，充分搅拌均匀后得到第1层岩心模型制备材料混合液；重复这一过程得到第2至5层岩心模型制备材料混合液。
(4)制备岩心模型：安装岩心模型制备装置的模具和底板；将第1层岩心模型制备材料的混合液倒入制备装置中，放入108℃烘箱中干燥5h，使其水分蒸发、固体析出；将第2层岩心模型制备材料的混合液倒入制备装置中，重复固体析出过程；完成第5层岩心固体析出过程后盖上压板，用压力机对压板加压，加载压力为40mpa，加载时间为24h，使岩心模型压实；取出压板和底板，即可获得与目标研究区域盐间页岩油储层矿物组成及物理力学性质相似的长方体层状岩心模型(长400mm，宽300mm，高280mm，由下至上各层厚度依次为50mm、30mm、120mm、40mm、40mm)。
在岩心模型上沿着长度方向钻两口直井(井径均为4mm，井深均为140mm，井距为300mm)，所得岩心模型可用于开展溶蚀规律研究、能量补充等实验。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。