一种人工岩心的制备方法及其制备得到的人工岩心与流程

本发明涉及一种人工岩心的制备方法及其制备得到的人工岩心，属于石油、地质开采技术领域。

背景技术：

人工岩心已经发展为石油、地质技术领域岩心分析的重要对象，人工岩心具有以下优点：(1)可以根据实际岩心需要进行制样；(2)没有岩心取样的超深层、海洋、高原等地区的岩心分析必须要用人工岩心来进行代替。常规人工岩心制作是向玻璃珠或者石英砂中按照比例加入一定的水，混合后，在将其放入一定温压条件下的三轴加压设备中进行压实后得到，采用这种方法制作得到的人工岩心存在一定缺陷：不能模拟真实岩心成岩过程，因真实岩石成岩过程非常复杂，主要包括压实作用、胶结作用、溶蚀作用等，而上述方法制备得到的人工岩心只能模拟压实作用成岩。

因此，提供一种全新的人工岩心的制备方法已经成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种人工岩心的制备方法。

本发明的目的还在于提供由上述人工岩心的制备方法制备得到的人工岩心。

为达到上述目的，本发明提供一种人工岩心的制备方法，其包括以下步骤：

(1)、对需要模拟的真实岩心进行组分分析及粒度分析，得到构成该真实岩心的组分、各组分含量及组分粒度分布信息；

(2)、按照步骤(1)所得到的信息将人工岩心制样材料及矿化度水混合均匀后倒入岩心模具中；

其中，所述矿化度水的类型及矿化度与真实岩心所处地区地层水类型及矿化度相同；

(3)、向所述岩心模具中加入氢氧化钙，搅拌均匀后再匀速导入苏打水；

(4)、待碳酸钙生成反应结束后，对该岩心模具进行施压，以将模具中的材料完全压实固结；

(5)、待所述岩心模具内材料完全压实固结后，将盐酸倒入模具中，以使人工岩心中钙质胶结碳酸盐矿物与盐酸充分反应，反应结束后，得到所述人工岩心。

根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法中，优选地，所述真实岩心为真实碎屑岩心。

根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法中，优选地，所述真实岩心为真实钙质胶结岩心。

根据本发明具体实施方案，其中，确定真实岩心所处地区地层水类型及该地层水的矿化度为本领域常规技术手段。如确定所用真实岩心所处地区地层水为氯化钙型，矿化度为1000mg/L，则人工岩心制备过程中所用矿化度水为氯化钙水溶液，其浓度为1000mg/L。

根据本发明具体实施方案，在所述人工岩心制备方法步骤(2)中，所述人工岩心制样材料需要根据真实岩心的组分、各组分含量及组分粒度分布信息来确定；如在本发明具体实施方式中，真实岩心组分包括石英、粘土矿物及胶结物(主要组分为碳酸钙)，因此，此时所述人工岩心制样材料即包括石英、粘土矿物及碳酸钙；再根据真实岩心中石英、粘土矿物及碳酸钙的各自含量确定制备人工岩心所需上述物质的各自含量；再根据真实岩心中石英的粒度分布信息，确定制备人工岩心所需石英的粒度分布。

根据本发明具体实施方案，本申请对人工岩心制备方法步骤(3)中所用氢氧化钙、苏打水及步骤(5)中所用盐酸的用量或者浓度均不作具体要求，本领域技术人员可以根据作业需要合理设置所用上述物质的用量或浓度。

此外，本申请对人工岩心制备方法步骤(4)中所述施压压力大小及时间长短均不作具体要求，本领域技术人员也可以根据作业需要合理设置施压压力及施压时间，只要保证可以将模具中的材料完全压实固结即可。

根据本发明具体实施方案，优选地，在所述人工岩心的制备方法步骤(4)-(5)之间还包括重复步骤(2)-(4)，以模拟岩石沉积过程中逐渐沉积压实胶结成岩过程的操作。并且本发明对该步骤中的重复次数不作具体要求，重复次数越多，所制备得到的人工岩心越厚，因此本领域技术人员可以根据所需要人工岩心的厚度，合理设置重复的次数。

根据本发明具体实施方案，优选地，所述人工岩心的制备方法还包括对步骤(5)所得人工岩心进行蒸馏水淋滤的操作。

根据本发明具体实施方案，优选地，所述人工岩心的制备方法还包括对淋滤后的人工岩心进行烘干至完全干燥的操作。

在本发明所提供的人工岩心制备方法中，所用岩心模具为本领域使用的常规设备；施压过程所用加压设备也为本领域常规设备。

在本发明所提供的人工岩心制备方法中，步骤(3)中加入一定量的氢氧化钙与苏打水反应可以模拟真实岩心成岩过程中的钙质胶结作用；步骤(4)对岩心模具进行施压，以将模具中的材料完全压实固结可以模拟真实岩心成岩过程中的压实作用；步骤(5)中加入一定浓度盐酸与胶结作用形成的钙质胶结碳酸盐矿物反应可以模拟溶蚀作用。

本发明还提供了所述人工岩心的制备方法制备得到的人工岩心。

综上所述，本发明所提供的人工岩心制备方法可以有效地还原岩石成岩过程中的三大成岩作用，即该方法可以模拟真实岩心成岩过程，因此所制作得到的人工岩心样品更加接近真实岩心。此外，该制备方法快速有效，不需要经验性操作，操作简单，方便快速，易于学习推广。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的人工岩心制备方法工艺流程示意图；

图2为本发明实施例制备得到的人工岩心与实际真实岩心的组分含量对比图；

图3为本发明实施例制备得到的人工岩心与实际真实岩心的石英矿物粒度分布对比图。

主要附图标号说明：

1为第一次向岩心模具中倒入配比材料后所得体系，即石英砂、粘土矿物、氯化钙溶液混合物体系；

2为向模具中加入50g的氢氧化钙，搅拌均匀后再匀速加入50mL苏打水后得到的体系；

3为步骤(4)中压实胶结固结后的体系；

4为重复步骤(2)-(4)后所得体系；

5为4被压实胶结固结后所得体系；

6为最终得到的压实胶结固结人工岩心成品。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种人工岩心的制备方法，该制备方法的工艺流程示意图如图1所示，从图1中可以看出，其包括以下步骤：

步骤(1)：选取某地区岩心样品进行模拟制作人工岩心样品，确定该地区地层水为氯化钙型地层水，其矿化度为1000mg/L。地层深度为2800m，上覆压力大约为56MPa。

对该岩心样品进行组分分析及粒度分析，确定该岩心样品为石英砂岩，其中，石英重量含量为90％，粘土矿物重量含量为6％，胶结物主要为碳酸钙，其含量为4％；石英矿物颗粒粒度分布为0.01-0.05mm占比10wt％，0.05-0.1mm占比50wt％，0.1-0.2mm占比40wt％。

步骤(2)：称取90g粒度为0.01-0.05mm的石英砂、450g粒度为0.05-0.1mm的石英砂、360g粒度为0.1-0.2mm的石英砂及60g的粘土矿物，上述材料的总质量为960g，再将准备好的上述材料与250mL的浓度为1000mg/L氯化钙溶液调配均匀后倒入岩心模具中，得到石英砂、粘土矿物、氯化钙溶液混合物体系1；

步骤(3)：静置2-4h后，向模具中加入40g的氢氧化钙，搅拌均匀后匀速加入200mL苏打水(内含碳酸氢钠40g)；

步骤(4)：待碳酸钙生成反应结束后静置2h，所得体系记为体系2；将模具置于加压设备下施压，施压压力为80MPa，时间为12h，待材料完全压实胶结固结，所得体系记为体系3；

步骤(5)：重复步骤(2)-(4)，至模具内人工岩心逐层压实胶结胶结成岩，所得体系记为体系5，其中，步骤(5)中未经施压前所得体系记为体系4；

步骤(6)：将足量的浓度为10％的稀盐酸倒入模具中，待人工岩心中钙质胶结碳酸盐矿物与盐酸充分反应；

步骤(7)：反应结束后将人工岩心初品从模具中取出，用蒸馏水充分淋滤2-4h；

步骤(8)：将步骤(7)经淋滤后所得岩心置于烘干箱中于80℃烘干24h，至完全干燥，制样完成，得到所述人工岩心6。

对本实施例制备得到的人工岩心分别进行X衍射矿物分析以及粒度分析，分析结果表明：在该人工岩心中，主要矿物颗粒石英的重量含量为89％，基质粘土矿物重量含量为6％，胶结物碳酸钙矿物含量为5％；石英矿物颗粒粒度分布为0.01-0.05mm占比11wt％，0.05-0.1mm占比52wt％，0.1-0.2mm占比37wt％；本实施例制备得到的人工岩心与实际真实岩心的组分含量及石英矿物粒度分布对比图分别如图2-图3所示，从图2-图3中可以看出，本发明制备得到的人工岩心样品更加接近真实岩心。