可视化全封闭真实岩心模型的制造方法和岩心模型的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种可视化全封闭真实岩心模型的制造方法和岩心模型，该制造方法包括以下步骤：步骤一：将依次层叠设置的上玻璃片（11）、真实岩心薄片（12）和下玻璃片（13）放置在载物垫板（14）上；步骤二：将上玻璃片（11）、真实岩心薄片（12）、下玻璃片（13）和载物垫板（14）放置在加热装置中加热至上玻璃片（11）和下玻璃片（13）融化；步骤三：冷却。该可视化全封闭真实岩心模型的制造方法制造出的岩心模型能在高温高压油藏条件下保证密封、不渗漏、不破裂，而且该岩心模型具有很好的光通透性。
【专利说明】可视化全封闭真实岩心模型的制造方法和岩心模型
【技术领域】
[0001]本发明涉及油气田开发实验【技术领域】，特别是一种可视化全封闭真实岩心模型的制造方法，还是一种岩心模型。
【背景技术】
[0002]微观渗流实验是油气田开发领域机理研究的重要实验技术，其核心内容是观察微观模型内流体的渗流过程。
[0003]为模拟高温高压油藏渗流条件，微观模型分为内模型和外模型。内模型为观察介质，最为常用的是玻璃模型；外模型为内模型提供高温高压环境，具备加热系统和耐压设计。
[0004]目前，内模型主要为玻璃刻蚀模型，在玻璃表面刻蚀有各种图案或模拟不同岩心结构的平面孔隙通道。简要的实验步骤如下:首先将玻璃模型与外模型连接，且保证连接处密封，外模型内的流体无法进入玻璃模型内；其次将外模型按照实验流程连接；再次，逐步将外模型和内模型逐渐升温升压至设计温度、压力；最后，进行渗流实验。
[0005]目前微观渗流实验所使用的玻璃模型存在种类单一的问题，这与渗流实验条件下模型的制作方法有关。通常是在一平面玻璃刻蚀有图案或孔隙结构，另一平面玻璃覆盖其上。
[0006]玻璃刻蚀模型在流动形态、流体界面作用和驱油效率等研究中起到重要作用，但是其图案毕竟与真实岩石的孔隙结构有很大差异，且不能研究流体与岩石固相间的作用，这严重限制了流固耦合等重要内容的研究。目前也有许多研究者采用填砂的玻璃模型来模拟孔隙结构，该方法虽然相对原有玻璃刻蚀模型具有一定的进步，除了砂粒之间的孔隙与真实岩心相差较大外，其承受压力低的限制也没有足够突破。若采用真实岩石磨制的具有高度透光能力的薄片代替填砂模型，其密封、承压问题仍然最根本的困扰。
【发明内容】
[0007]为了解决现有微观渗流实验用的玻璃模型在密封和承压上存在的技术问题，本发明提供了一种可视化全封闭真实岩心模型的制造方法和岩心模型。该可视化全封闭真实岩心模型的制造方法制造出的岩心模型能在高温高压油藏条件下保证密封、不渗漏、不破裂，而且该岩心模型具有很好的光通透性。
[0008]本发明为解决其技术问题采用的技术方案是:一种可视化全封闭真实岩心模型的制造方法，所述可视化全封闭真实岩心模型的制造方法包括以下步骤:
[0009]步骤一:将依次层叠设置的上玻璃片、真实岩心薄片和下玻璃片放置在载物垫板上；
[0010]步骤二:将上玻璃片、真实岩心薄片、下玻璃片和载物垫板放置在加热装置中加热至上玻璃片和下玻璃片融化；
[0011]步骤三:冷却。[0012]在步骤一中，真实岩心薄片的面积小于上玻璃片的面积，并且真实岩心薄片的面积小于下玻璃片的面积。
[0013]真实岩心薄片的长度为5cm?IOcm,真实岩心薄片的宽度为2cm?5cm,真实岩心薄片的厚度为0.3mm?0.5mm。
[0014]在步骤一中，载物垫板为陶制垫板，该陶制垫板是首先采用1000目?1500目的高岭土按照制陶工艺制作坯体再将该坯体在900°C?1000°C烧制成的。
[0015]在步骤一中，上玻璃片的厚度为2mm?3mm,下玻璃片的厚度为2mm?3mm,下玻璃片设有连通下玻璃片的外部和真实岩心薄片的两个通孔。
[0016]通孔内设有陶柱，陶柱的高度小于等于下玻璃片的厚度。
[0017]在步骤二中，所述加热是按照100°C /小时?200°C /小时的梯度升温，加热至800°C?850°C，然后保温 IOmin ?20min。
[0018]在步骤三中，所述冷却为在600°C之前，按照200°C /小时的梯度降温，每降低100°C后保温IOmin ;在600?200°C之间，按照100°C /小时的梯度降温，每降低100°C后保温 30min。
[0019]在200°C以下时，该加热装置停止加热并在加热装置内自然冷却。
[0020]一种由上述的制造方法制成的岩心模型，该岩心模型包括真实岩心薄片和密封包裹真实岩心薄片的玻璃外壳，玻璃外壳上设有至少两个通孔。
[0021]本发明的有益效果是:
[0022]1.该可视化全封闭真实岩心模型的制造方法能够使融解态的玻璃依照真实岩心薄片的外形将真实岩心薄片紧密包裹，形成的可视化全封闭真实岩心模型的外承受压力与围压相同，不受模型内外压差的限制；
[0023]2.该可视化全封闭真实岩心模型的制造方法保障了可视化全封闭真实岩心模型的光通透性；
[0024]3.该可视化全封闭真实岩心模型的制造方法对设备要求简单，适用于各类研究机构。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]下面结合附图对本发明所述的可视化全封闭真实岩心模型的制造方法及岩心模型作进一步详细的描述。
[0026]图1是上玻璃片、真实岩心薄片和下玻璃片的放置顺序示意图。
[0027]图2是加热前上玻璃片、真实岩心薄片、下玻璃片和载物垫板的放置顺序示意图。
[0028]图3是制成的岩心模型的示意图。
[0029]其中11.上玻璃片，12.真实岩心薄片，13.下玻璃片，131.通孔，14.载物垫板，15.托盘，16.玻璃外壳。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明所述的可视化全封闭真实岩心模型的制造方法进行详细说明。该可视化全封闭真实岩心模型的制造方法包括以下步骤:
[0031]步骤一:将依次层叠设置的上玻璃片11、真实岩心薄片12和下玻璃片13放置在载物垫板14上，如图1和图2所示；
[0032]步骤二:将上玻璃片11、真实岩心薄片12、下玻璃片13和载物垫板14放置在加热装置中加热至上玻璃片11和下玻璃片13融化；
[0033]步骤三:冷却，从所述加热装置中取出该可视化全封闭真实岩心模型，最终获得如图3所示的可视化全封闭真实岩心模型。
[0034]该可视化全封闭真实岩心模型的制造方法能够将真实岩心薄片12密封包裹在玻璃内，从而可以保存岩石的固相组分、孔隙结构及连通性能等全部信息，克服了玻璃刻蚀模型只具有喉道模拟的缺点。融融态的玻璃在紧密接触岩石表面的同时，一方面没有渗入岩石的孔隙内，保证了该真实岩心孔隙不受污染；另一方面玻璃与真实岩心成为整体，密封性强，而且承受外压的能力大幅提高。该可视化全封闭真实岩心模型的制造方法既保持了玻璃通透性便于观察岩心的能力，也解决了玻璃表面与真实岩心薄片12表面密封且能承压的核心问题。
[0035]在真实岩心模型发展过程中也遇到与填砂模型类似的问题，且严重程度更甚。原因是真实岩心不具备缓慢调整的能力，即使是打磨过的真实模型其表面也存在0.1mm的起伏差距。围压升高时，很容易破裂，其围压承受能力较填砂模型低。研究中将透明胶体填在岩石片两侧，以期形成与玻璃相融合的效果，则承压均匀且面积大大提高。但其存在致命的缺点，即透明胶体部分渗透进岩石孔隙，污染了岩石结构；且胶体与玻璃的折光率不同，导致表面通透性很差。以上两个原因限制了真实岩心模型的发展。而本发明所述可视化全封闭真实岩心模型的制造方法制造出的可视化全封闭真实岩心模型却可以解决上述技术问题。
[0036]下面详细介绍本发明所述可视化全封闭真实岩心模型的制造方法:
[0037]在步骤一中，真实岩心薄片12的面积小于上玻璃片11的面积，并且真实岩心薄片12的面积小于下玻璃片13的面积，如图1和图2所示。其中，真实岩心薄片12的长度为5cm?IOcm,真实岩心薄片12的宽度为2cm?5cm,真实岩心薄片12的厚度为0.3mm?
0.5mm。上玻璃片11和下玻璃片13均为光学玻璃片，该光学玻璃片具有高透光性、高清洁度，其软化点为600?700°C间，厚度3mm。
[0038]在步骤一中，载物垫板14为陶制垫板，该陶制垫板是首先采用1000目?1500目的高岭土按照制陶工艺制作坯体再将该坯体在900°C?1000°C烧制成的。本实施例中，载物垫板14的制作，首先采用1200目高岭土按照制陶工艺制作坯体，步骤包括:和泥、摔打、制形、保湿晾干、修补和两端磨平。坯体做好后不施釉，在低温(1000°C以下)烧制成陶制垫板。
[0039]下面介绍使用该载物垫板14的优点，载物垫板I的要求是两端平整、表面细腻、热传导性差的耐温板，市场商品中很难满足。陶、瓷制品是最为接近的两种材料，但由于陶、瓷商品均会在表面施釉，而釉质材料在900°C以上时，融化状态的玻璃会与之互融，冷却后玻璃粘在垫片上。耐火砖材质的缺点是表面粗糙，烧制的玻璃表面太粗糙。金属板的缺点是热传导性好，玻璃热传导性较差、内部岩石薄片的热传导很差，降温过程中，对应的接触面收缩应力不统一，造成玻璃龟裂、岩石薄片破碎。还尝试用浮法玻璃制作方式制作模型。即:利用液态锡的浮力将玻璃托举，优点是玻璃下表面中间部分非常平整。缺点是:锡与玻璃表面有薄膜状浸入；锡与玻璃的界面张力较大，玻璃下表面边缘部分有较深的凹痕；高温锡在空气中氧化严重，部分锡气化，污染重。从而可见使用该载物垫板14的优点。另外，该载物垫板14在每次使用后，需要对表面重新打磨，作用是除去表面污损、保证表面平整。
[0040]在步骤一中，上玻璃片11的厚度为2mm?3mm,下玻璃片13的厚度为2mm?3mm,下玻璃片13设有连通下玻璃片13的外部和真实岩心薄片12的两个通孔131。该两个通孔131的作用是在该可视化全封闭真实岩心模型制成后在该可视化全封闭真实岩心模型的表面形成流体的入口和流体的出口，便于实验观察。
[0041]在步骤二前，需要进行加热前的准备，首先检查真实岩心薄片12是否经过沸水除蜡、高温气化蜡的步骤；其次检查上玻璃片11和下玻璃片13是否清洁，若有污溃，用酒精擦拭。再次将上玻璃片11、真实岩心薄片12和下玻璃片13图1所示顺序放置，并放置在安放好载物垫板14的托盘15内，见图2。
[0042]在步骤二中，所述加热是按照100°C /小时?200°C /小时的梯度升温，加热至800°C?850°C，然后保温IOmin?20min。具体是在本实施例中，将托盘15放入马弗炉内，按照200°C /小时的梯度升温，最高温度设置为800°C，保温恒定lOmin，上玻璃片11和下玻璃片13在高温下达到融化状态，上玻璃片11的边缘融化后会在重力的作用下向下流动并与下玻璃片13的边缘融合在一起，真实岩心薄片12与熔融状的两片玻璃烧结成一体,使岩心的表面完全与玻璃相吻合。其中，马弗炉的最高加热温度1200°C即可，托盘为1200°C以上高温形成的瓷质盘。
[0043]在步骤三中，所述冷却为在600°C之前，按照200°C /小时的梯度降温，每降低100°C后保温IOmin ;在600?200°C之间，按照100°C /小时的梯度降温，每降低100°C后保温30min。该过程的目的是消除玻璃内收缩应力。
[0044]在200°C以下时，该加热装置可以停止加热，并让该可视化全封闭真实岩心模型在加热装置内随炉自然冷却。冷却到室温时，取出该可视化全封闭真实岩心模型，如图3所
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[0045]在步骤三后，对该可视化全封闭真实岩心模型进行精密和抛光。烧结好的该可视化全封闭真实岩心模型在下表面难免有些细粒高岭土的粘结，采用1500目砂纸水磨，确保岩石薄片部分透明、清澈，之后抛光。
[0046]该可视化全封闭真实岩心模型的制造方法能够将岩心薄片与熔融状的两片玻璃烧结成一体，使岩石表面完全与玻璃相吻合，围压增加时，整体岩石表面(无论突出点与低洼点)均匀承受压力，模型整体耐压能力大大增强，与围压极限相同。同时，熔融状的玻璃依然保持了较大的粘度，不会渗透进岩石孔隙，不影响薄片的渗透性。模型清晰、透明。
[0047]一种由上述的可视化全封闭真实岩心模型的制造方法制成的岩心模型，如图3所不，该岩心模型包括真实岩心薄片12和密封包裹真实岩心薄片12的玻璃外壳16,玻璃外壳16上设有两个通孔131。该岩心模型最大的特点是玻璃外壳16无粘接剂无接缝。
[0048]在准备阶段，如果岩心薄片除蜡不充分、或使用其它有机胶结物质磨制岩心，则在烧结过程中，会出现玻璃鼓涨、岩石薄片与玻璃接触面小气泡积聚和玻璃外表面污浊等现象。原因是:玻璃的软化点在600?700°C间，即在该温度加热期间，上片玻璃缓慢软化，边缘在重力作用下拉伸、滑落并与下片玻璃形成封闭。温度继续升高，残余的蜡或胶结物继续气化，这部分气体造成了上述现象的产生。
[0049]该可视化全封闭真实岩心模型的制造方法能够使融解态的玻璃依照真实岩心薄片的外形将真实岩心薄片紧密包裹，形成的可视化全封闭真实岩心模型的外承受压力与围压相同，不受模型内外压差的限制；该可视化全封闭真实岩心模型的制造方法保障了可视化全封闭真实岩心模型的光通透性；该可视化全封闭真实岩心模型的制造方法对设备要求简单，适用于各类研究机构。
[0050]以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。
【权利要求】
1.一种可视化全封闭真实岩心模型的制造方法，其特征在于，所述可视化全封闭真实岩心模型的制造方法包括以下步骤: 步骤一:将依次层叠设置的上玻璃片(11)、真实岩心薄片(12)和下玻璃片(13)放置在载物垫板(14)上； 步骤二:将上玻璃片(11)、真实岩心薄片(12)、下玻璃片(13)和载物垫板(14)放置在加热装置中加热至上玻璃片(11)和下玻璃片(13)融化； 步骤三:冷却。
2.根据权利要求1所述的可视化全封闭真实岩心模型的制造方法，其特征在于:在步骤一中，真实岩心薄片(12)的面积小于上玻璃片(11)的面积，并且真实岩心薄片(12)的面积小于下玻璃片(13)的面积。
3.根据权利要求1所述的可视化全封闭真实岩心模型的制造方法，其特征在于:真实岩心薄片(12)的长度为5cm?IOcm,真实岩心薄片(12)的宽度为2cm?5cm,真实岩心薄片(12)的厚度为0.3mm?0.5_。
4.根据权利要求1所述的可视化全封闭真实岩心模型的制造方法，其特征在于:在步骤一中，载物垫板(14)为陶制垫板，该陶制垫板是首先采用1000目?1500目的高岭土按照制陶工艺制作坯体再将该坯体在900°C?1000°C烧制成的。
5.根据权利要求1所述的可视化全封闭真实岩心模型的制造方法，其特征在于:在步骤一中，上玻璃片(11)的厚度为2mm?3mm,下玻璃片(13)的厚度为2mm?3mm,下玻璃片(13)设有连通下玻璃片(13)的外部和真实岩心薄片(12)的两个通孔(131 )。
6.根据权利要求5所述的可视化全封闭真实岩心模型的制造方法，其特征在于:通孔(131)内设有陶柱(132)，陶柱(132)的高度小于等于下玻璃片(13)的厚度。
7.根据权利要求1所述的可视化全封闭真实岩心模型的制造方法，其特征在于:在步骤二中，所述加热是按照100°C /小时?200°C /小时的梯度升温，加热至800°C?850°C，然后保温IOmin?20min。
8.根据权利要求7所述的可视化全封闭真实岩心模型的制造方法，其特征在于:在步骤三中，所述冷却为在600°C之前，按照200°C /小时的梯度降温，每降低100°C后保温IOmin ;在600?200°C之间，按照100°C /小时的梯度降温，每降低100°C后保温30min。
9.根据权利要求8所述的可视化全封闭真实岩心模型的制造方法，其特征在于:在200°C以下时，该加热装置停止加热并在加热装置内自然冷却。
10.一种由权利要求1?9中任何一项所述的制造方法制成的岩心模型,其特征在于:该岩心模型包括真实岩心薄片(12)和密封包裹真实岩心薄片(12)的玻璃外壳(16),玻璃外壳(16)上设有至少两个通孔(131)。
【文档编号】G01N13/04GK103471882SQ201310364267
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】李实 , 马德胜, 陈兴隆, 秦积舜, 俞宏伟, 张可, 姬泽敏, 李军 申请人:中国石油天然气股份有限公司