一种人造砾岩岩心、制备方法及其用途
【专利摘要】本发明公开了一种人造砾岩岩心，其在室内物理模拟实验中使用，属于油气田开发物理模拟【技术领域】。所述人造砾岩岩心按其各组分占的重量百分比主要由如下原料制备得到：粘土2～15%、胶结物5～25%以及河沙20～50%、石英砂30～60%。本发明解决了物理模拟中砾岩岩心的来源问题，且本发明得到的人造砾岩岩心结构稳定，孔喉结构复杂，岩心成分更加多样，有效克服了人工岩心孔喉分布、润湿性等与天然岩心差别较大的缺点，具有结构简单，性能稳定的特点，适宜在物理模拟中代替天然岩心使用。
【专利说明】—种人造砾岩岩心、制备方法及其用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种人造砾岩岩心、制备方法及其用途，所述人造砾岩岩心在室内物理模拟实验中使用，属于油气田开发物理模拟【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前物理模拟采用的实验模型主要为岩心模型，由于天然取心存在流程复杂、难度大、成本高等缺点，目前一般选用人工岩心来代替天然岩心进行物理模拟实验。
[0003]但目前国内碎屑岩储层室内物理模拟实验大多局限于砂岩储层，由于技术条件等一系列的限制，人造砾岩岩心制备技术还不够成熟，导致室内砾岩储层物理模拟与天然地层条件存在很大的差异。
[0004]CN1664547 “石英砂环氧树脂胶结岩心及其制备方法”，提供了一种含石英砂的砂岩岩心制备方法，主要解决了解决现有的人造岩心与天然岩心相比相似性差的问题。该岩心由胶结物和石英砂组成，胶结物和石英砂按重量百分比配比:胶结物5%~15%和石英砂85%~95%，其中胶结物由环氧树脂和三种添加剂组成，环氧树脂和添加剂按重量份配比:环氧树脂0.5~1.5份、邻苯二甲酸二丁脂0.1~0.5份、乙二胺0.01~0.1份和丙酮
0.1~1份。该石英砂环氧树脂胶结岩心能够比较真实地反映实际油藏孔隙结构特征、表面性质和非均质性，可以用于化学助剂产品性能评价研究工作。
[0005]CN102757212A “一种砂岩储层低渗透人造岩心的制作方法”，提供了一种低渗透人造砂岩岩心制备方法。该制作方法如下:首先定量定粒径称取所需的矿物原料，充分混合均匀；然后将配制好的胶结剂与已混合好的矿物原料按比例配制充分混合均匀并过筛；在制作压力26MPa条件下预压0.5min，然后将预压后的岩心经脱模后碾碎并再次过筛，采用分质分压的制作方法，采用定模成型方法制作出人造岩心，在变温、定时条件下烘干。本发明制作方法简单、安全、便于操作，制作的人造岩心不仅具有天然岩心的孔隙特征和渗透特性，还具有天然岩心敏感特性、酸溶特性、封堵特性和伤害特性。
[0006]已有技术所制作的岩心，全部为人造砂岩岩心，几乎并没有涉及到人造砾岩岩心领域，因此目前碎屑岩储集层物理模拟领域大多都还局限于砂岩储层，但砾岩储集层物理模拟技术还有很大的提升空间，其并没有解决砾岩储集层物理模拟中岩心来源的问题，不能很好模拟砾岩储集层。
【发明内容】
[0007]为了克服人造砾岩岩心的制备问题，本发明的目的在于提供一种人造砾岩岩心及其制备方法，解决了物理模拟中砾岩岩心的来源问题，且所述人造砾岩岩心性质稳定，孔喉结构更加接近天然岩心，能够很好的在室内开展砾岩储集层的物理模拟实验。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案:
[0009]一种人造砾岩岩心，按其各组分占的重量百分比主要由如下原料制备得到:
[0010]粘土2~15%
胶结物5-25%
河沙20~50%
石英砂3 O~60%。
[0011]所述粘土的重量百分比例如为3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%、10.5%、11%、11.5%、12%、12.5%、13%、13.5%、14% 或 14.5%。
[0012]所述胶结物的重量百分比例如为5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%、10.5%、11%、11.5%、12%、12.5%、13%、13.5%、14%、14.5%、15%、15.5%、16%、16.5%、17%、17.5%、18%、18.5%、19%、19.5%,20%,20.5%、21%、21.5%,22%,22.5%,23%,23.5%、24% 或 24.5%。
[0013]所述河沙的重量百分比例如为21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%、31%、32%、34%、35%、36%、37%、38%、39%、40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48% 或 49%。[0014]所述石英砂的重量百分比例如为31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%、40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%、50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58% 或59%。
[0015]优选地，所述人造砾岩岩心按其各组分占的重量百分比主要由如下原料制备得
到:
[0016]
枯土4~15%
胶结物5~15%
河沙25~45%
石英砂35-55% ο
[0017]优选地，所述人造砾岩岩心按其各组分占的重量百分比主要由如下原料制备得
到:
[0018]
粘土5~15%
胶结物5~15%
河沙28~42%
石英砂38~42%。
[0019]优选地，所述胶结物由三种添加剂、环氧树脂和硅酸盐混合物组成，按重量份数组成为:邻苯二甲酸二丁酯0.1~0.5份、乙二胺0.01~0.1份、丙酮0.1~1.2份、环氧树脂0.3~1.5份以及硅酸盐混合物0.5~5份。[0020]所述邻苯二甲酸二丁酯作为增韧剂，其重量份数例如为0.13份、0.16份、0.19份、
0.22 份、0.25 份、0.28 份、0.31 份、0.34 份、0.37 份、0.4 份、0.43 份、0.46 份或 0.49 份。
[0021]所述乙二胺作为固化剂，其重量份数例如为0.02份、0.025份、0.03份、0.035份、
0.04 份、0.045 份、0.05 份、0.055 份、0.06 份、0.065 份、0.07 份、0.075 份、0.08 份、0.085份、0.09份或0.095份。
[0022]所述丙酮作为稀释剂，其重量份数例如为0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、
0.7份、0.8份、0.9份、1份或1.1份。
[0023]所述环氧树脂的重量份数例如为0.35份、0.4份、0.45份、0.5份、0.55份、0.6份、
0.65 份、0.7 份、0.75 份、0.8 份、0.85 份、0.9 份、0.95 份、I 份、1.05 份、1.1 份、1.15 份、1.2份、1.25 份、1.3 份、1.35 份、1.4 份或 1.45 份。
[0024]所述硅酸盐混合物的重量份数例如为0.7份、0.9份、1.1份、1.3份、1.5份、1.7份、L 9 份、2.1 份、2.3 份、2.5 份、2.7 份、2.9 份、3.1 份、3.3 份、3.5 份、3.7 份、3.9 份、4.1份、4.3份、4.5份、4.7份或4.9份。
[0025]优选地，该岩心压制好之后，需用KCl无机盐水溶液浸泡处理。
[0026]除KCl外，所述无机盐水溶液的溶质例如还含有CaCl2、NaHCO3、MgCl2和Na2CO3中的任意一种或者至少两种的混合物，优选CaCl2、NaHC03、MgCl2和Na2CO3中的任意三种或者四种的混合物。
[0027]优选地，所述KCl在无机盐水溶液中的浓度为2~10%，即，KCl的质量(g)与无机盐水溶液的质量的比值为2~10%，优选4%。所述KCl在无机盐水溶液中的浓度例如为 2.2%、2.4%、2.6%、2.8%、3%、3.2%、3.4%、3.6%、3.8%、4%、4.2%、4.4%、4.6%、4.8%、5%、5.2%、5.4%、5.6%、5.8%、6%、6.2%、6.4%、6.6%、6.8%、7%、7.2%、7.4%、7.6%、7.8%、8%、8.2%、8.4%、
8.6%、8.8%、9%、9.2%、9.4%、9.6% 或 9.8%。
[0028]优选地，所述河沙的目数为2~4mm、2~4目、4~8目、8~10目、20~40目、40~60目、60~100目、100~200目和200目以上。
[0029]优选地，所述石英砂的粒径为10~20目、20~40目、40~60目、60~100目、100~200目和200目以上。
[0030]本发明的目的之二在于提供一种如上所述的人造砾岩岩心的制备方法，所述方法包括如下步骤:
[0031 ] (I)将配方量的各原料混合均匀后过筛；
[0032](2)将步骤(1)得到的混合物注入模具中，使其均匀分布，然后对模具施压5~50min后卸压；
[0033](3)将步骤(2)得到的压制好的岩心放入烘箱固化；
[0034](4)将固化后得到的岩心用KCl无机盐水溶液在50~85°C下浸泡，洗涤，烘干并冷却至室温，得到人造砾岩岩心。
[0035]本发明步骤(1)首先为准备原料，将配方量的各原料混合均匀后过筛，保证各原料的均一性。然后将过筛后得到的原料混合物注入模具中，并使其均匀分布，然后对模具施压，以使得到的岩心的孔隙和地层天然岩心相符。所述施压例如可通过将模具置于压力试验机中进行。所述施加的压力本领域技术人员可根据地层上覆压力、温度以及湿度以及已有技术给的经验值以确定，本发明对此不作限定。待对模具施压5~50min后卸压，得到压制好的岩心。所述施压时间为5~50min，施压时间太短岩心不能很好的压制，施压时间太长可能会破坏岩心的内部结构。施压时间例如7min、9min、llmin、13min、15min、17min、19min、21min、23min、25min、27min、29min、31min、33min、35min、37min、39min、41min、43min、45min、47min或49min。随后将压制后的岩心放入烘箱固化,所述固化温度为80~90°C，固化时间为6~8h。所述固化温度例如为81°C、82°C、83°C、84°C、85°C、86°C、87°C、88°C或 89°C。所述固化时间例如为 6.1h,6.2h、6.3h、6.4h、6.5h、6.6h、6.7h、6.8h、6.9h、7h、7.lh、7.2h、7.3h、7.4h、7.5h、7.6h、7.7h、7.8h 或 7.9h。最后将固化后得到的岩心用无机盐水溶液在50~85°C下浸泡处理，使得到的岩心的性质更加接近天然岩心，然后用蒸馏水洗涤，以消除无机盐水溶液的化学试剂的影响，烘干并冷却到室温后，即可得到人造砾岩岩心。所述浸泡温度例如为 52°C、54V、56°C、58 V、60 V、62°C、64V、66°C、68 V、70°C、72°C、74°C、76t:、78t:、8(rC、82t:*84t:。
[0036]除KCl外，所述无机盐水溶液的溶质例如还含有CaCl2、NaHCO3、MgCl2和Na2CO3中的任意一种或者至少两种的混合物，优选CaCl2、NaHC03、MgCl2和Na2CO3中的任意三种或者四种的混合物。
[0037]所述KCl在无机盐水溶液中的浓度为2~10%，即，KCl的质量(g)与无机盐水溶液的质量的比值为 2~10%，优选4%。所述KCl在无机盐水溶液中的浓度例如为2.2%、2.4%、
2.6%、2.8%、3%、3.2%、3.4%、3.6%、3.8%、4%、4.2%、4.4%、4.6%、4.8%、5%、5.2%、5.4%、5.6%、
5.8%、6%、6.2%、6.4%、6.6%、6.8%、7%、7.2%、7.4%、7.6%、7.8%、8%、8.2%、8.4%、8.6%、8.8%、9%、
9.2%、9.4%、9.6% 或 9.8%。
[0038]所述浸泡的时间为6小时~15天，例如7小时、12小时、15小时、20小时、I天、2天、3天、4天、5天、6天、7天、8天、9天、10天、11天、12天、13天或14天。
[0039]在上述技术方案中，本发明通过选择合适量的粘土、胶结物、河沙以及石英砂，并根据温度以及湿度的变化通过施压压力并在岩心压制成型后运用无机盐水溶液进行浸泡处理，使本发明的人造砾岩岩心性能稳定，孔喉结构复杂，成分多样，且更加接近天然岩心，有效克服了物理模拟领域砾岩岩心的来源问题，能够更加准确真实的模拟天然岩心。本发明的人造砾岩岩心具有结构简单，性能稳定的特点，适宜在物理模拟中代替天然岩心使用，能够有效解决油气田开发物理模拟中砾岩岩心制备的技术问题。
[0040]本发明的目的之三在于提供一种人造砾岩岩心的用途，其用于砾岩储集层物理模拟。
[0041]与已有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0042]本发明通过选择石英砂和河沙作为主要组分的，并加入粘土以及选择合适的胶结物，作为制备人造砾岩岩心的主要原料。而且，本发明在岩心压制成型后运用无机盐水溶液在50~85°C进行浸泡，使无机盐水溶液与岩心的任意部分均可以良好接触，对其进行孔喉处理，岩心胶结物中硅酸盐混合物水化后的生成物可以更好地模拟天然岩心的矿物成分，使该发明岩心的孔隙结构具有复杂性、成分的多样性，孔喉结构更加接近天然岩心，有效克服了人工岩心孔喉分布、润湿性等与天然岩心差别较大的缺点。而且，通过胶结物含量及岩心中其它成分比例的改变，能够很好地控制岩心的润湿性，制造出不同润湿性的岩心，能够模拟不同的地层条件，满足不同的实验要求。【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1是本发明的人造砾岩岩心外观示意图；
[0044]图2是本发明的人造砾岩岩心孔喉结构分布曲线图；
[0045]图3是本发明的人造砾岩岩心的压汞曲线图；
[0046]图4是本发明的一种人造砾岩岩心的弱油湿产品油水相对渗透率曲线图；
[0047]图5是本发明的一种人造砾岩岩心的弱水湿产品油水相对渗透率曲线图。
【具体实施方式】
[0048]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0049]具体实施例1
[0050]一种人造砾岩岩心，按其各组分占的重量百分比主要由如下原料制备得到:[0051]
粘土2%
胶结物18%
河沙20%
石英砂60%。
[0052]所述胶结物由三种添加剂和环氧树脂组成，按重量份数组成为:邻苯二甲酸二丁酯0.1份、乙二胺0.01份、丙酮0.1份、环氧树脂0.3份以及硅酸盐混合物0.5份。
[0053]所述河沙的目数为2~4mm、2~4目、4~8目、8~10目、20~40目、40~60目、60~100目、100~200目、200目以上等。
[0054]所述石英砂的粒径为10~20目、20~40目、40~60目、60~100目、100~200目和200目以上。
[0055]如上所述的人造砾岩岩心的制备方法，包括如下步骤:
[0056](I)将配方量的各原料混合均匀后过筛；
[0057](2)将步骤(1)得到的混合物注入模具中，使砂子均匀分布，然后将模具放置于压力试验机上对模具施压5min后卸压；
[0058](3)将步骤(2)得到的压制好的岩心放入烘箱在85°C下固化6小时；
[0059](4)将固化后得到的岩心用KCl无机盐水溶液在85°C下浸泡6小时，洗涤，烘干并冷却至室温，得到人造砾岩岩心。
[0060]除KCl外，所述无机盐水溶液的溶质还含有CaCl2、NaHCO3、MgCl2和Na2CO3四种的混合物，且所述KCl在无机盐水溶液中的浓度为2%。
[0061]具体实施例2
[0062]一种人造砾岩岩心，按其各组分占的重量百分比主要由如下原料制备得到:
[0063]
【权利要求】
1.一种人造砾岩岩心，其特征在于，按其各组分占的重量百分比主要由如下原料制备得到:粘土2~15%胶结物5~25%河沙20~50%石英砂30~60%。
2.如权利要求1所述的人造砾岩岩心，其特征在于，按其各组分占的重量百分比主要由如下原料制备得到: 粘土4~15%胶结物5~15%河沙25~45%石英砂35~55%;优选地，所述人造砾岩岩心按其各组分占的重量百分比主要由如下原料制备得到:枯土5~15%胶结物5~15%河沙28~42%石英砂38~52%。
3.如权利要求1或2所述的人造砾岩岩心，其特征在于，所述胶结物按重量份数组成为:邻苯二甲酸二丁酯0.1~0.5份、乙二胺0.01~0.1份、丙酮0.1~1.2份、环氧树脂0.3~1.5份以及硅酸盐混合物0.5~5份。
4.如权利要求1-3之一所述的人造砾岩岩心，其特征在于，该岩心压制好之后，需用KCl无机盐水溶液浸泡处理； 优选地，所述无机盐水溶液的溶质还含有CaCl2、NaHCO3、MgCl2和Na2CO3中的任意一种或者至少两种的混合物，优选CaCl2、NaHC03、MgCl2和Na2CO3中的任意三种或者四种的混合物； 优选地，所述KCl在无机盐水溶液中的浓度为2~10%，优选4% ； 优选地，所述河沙的目数为2~4mm、2~4目、4~8目、8~10目、20~40目、40~60目、60~100目、100~200目和200目以上； 优选地，所述石英砂的粒径为10~20目、20~40目、40~60目、60~100目、100~200目和200目以上。
5.—种如权利要求1-4之一所述的人造碌岩岩心的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤: (1)将配方量的各原料混合均匀后过筛； (2)将步骤(1)得到的混合物注入模具中，使其均匀分布，然后对模具施压5~50min后卸压； (3)将步骤(2)得到的压制好的岩心放入烘箱固化； (4)将固化后得到的岩心用KCl无机盐水溶液在50~85°C下浸泡，洗涤，烘干并冷却至室温，得到人造砾岩岩心。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述固化温度为80~90°C,固化时间为6~8h。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述无机盐水溶液的溶质还含有CaCl2、NaHC03、MgCl2和Na2CO3中的任意一种或者至少两种的混合物，优选CaCl2、NaHC03、MgCl2和Na2CO3中的任意三种或者四种的混合物。
8.如权利要求5-7之一所述的方法，其特征在于，所述KCl在无机盐水溶液中的浓度为2~10%,优选4%ο
9.如权利要求5- 8之一所述的方法，其特征在于，所述浸泡的时间为6小时~15天。
10.一种如权利要求1-4之一所述的人造碌岩岩心的用途,其特征在于,其用于碌岩储集层物理模拟。
【文档编号】C04B14/10GK103910514SQ201410114347
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】李宜强, 李彦阅, 王付勇, 王彦升 申请人:中国石油大学(北京)