一种可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法，该制造方法包括以下步骤：步骤一：将层叠设置的待磨岩心片（1）、基础岩心片（2）和基材（3）粘接在一起；步骤二：磨制待磨岩心片（1）的表面；步骤三：将待磨岩心片（1）与基础岩心片（2）分离。该制造方法使用普通研磨机就可以制造出厚度符合要求的岩石薄片，该岩石薄片不仅保留了真实岩石的固相组分、孔隙结构及连通性能等全部信息，并且具有良好的透光性，适宜观察等优点。
【专利说明】一种可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油气田开发实验【技术领域】，特别是一种可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法。
【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，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，因而研究者希望采用真实岩心制作的模型来研究孔隙结构。为满足观察要求，真实岩石必需研磨到很薄的程度。由于不同岩石的粒径粒度、胶结程度、矿物组分相差较大，因而在一定厚度时即产生破碎，特别在磨制面积较大的岩石片时。普通实验室内IOcm2的岩石片研磨厚度很难小于0.8mm ;精密研磨设备能较大幅度降低这一厚度能达到0.3mm,但是设备投资成本大，薄片面积变小。
【发明内容】
[0006]为了解决现有的设备制造岩石薄片成本高的技术问题，本发明提供了一种可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法。该可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法使用普通研磨机就可以制造出厚度符合要求的岩石薄片，该岩石薄片不仅保留了真实岩石的固相组分、孔隙结构及连通性能等全部信息，并且具有良好的透光性，适宜观察等优点。
[0007]本发明为解决其技术问题采用的技术方案是:一种可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法，包括以下步骤:
[0008]步骤一:将依次层置设置的待磨岩心片、基础岩心片和基材粘接在一起；
[0009]步骤二:磨制待磨岩心片的表面；
[0010]步骤三:将待磨岩心片与基础岩心片分离。
[0011]在步骤一中，首先将基础岩心片的下表面和基材的上面粘接在一起，再将待磨岩心片的下表面和基础岩心片的上表面粘接在一起。
[0012]将待磨岩心片的下表面和基础岩心片的上表面粘接在一起的为腊，该腊的厚度为0.1 ?0.5mmο
[0013]当需要将待磨岩心片和基础岩心片粘接在一起时，首先在基础岩心片的上表面涂抹腊并对基础岩心片进打加热，然后再将待磨岩心片放在基础岩心片上。
[0014]将待磨岩心片放在基础岩心片上后,在基础岩心片的上表面往复移动待磨岩心片，然后再对待磨岩心片施加向下的压力。
[0015]在步骤一中，基础岩心片的长度为5?10cm，基础岩心片的宽度为2?5cm，基础岩心片的厚度为0.2?0.5cm，基材为玻璃片。
[0016]在步骤二中，使用研磨机水磨待磨岩心片的上表面，研磨机的转速为200?500转/min。
[0017]当待磨岩心片的厚度为0.5mm?Imm时,选择600目?1000目的砂纸对待磨岩心片进行研磨，当待磨岩心片的厚度为小于0.5mm并且大于等于0.3mm时,选择1000目?5000目的砂纸对待磨岩心片进行研磨。
[0018]在步骤三中，将待磨岩心片、基础岩心片和基材同时放入沸水中，使待磨岩心片与基础岩心片分离。
[0019]在步骤三后，将待磨岩心片放入加热装置中加热待，使待磨岩心片表面的残留物气化。
[0020]本发明的有益效果是:
[0021]1、制作的岩石薄片保留了真实岩心孔隙结构、矿物组分、粒度分布等所有物理性能；突破了玻璃刻蚀模型只能模拟孔隙的限制。蜡封研磨技术使岩石薄片达到了 0.3mm的级别。蜡封方法是岩心不受污染克服了铸体法的弊端。
[0022]2、岩石薄片具有良好的透光性能，适宜微观实验的观察研究；
[0023]3、该制造方法设备投资小，操作简单，适宜制作量小的研究类机构。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]下面结合附图对本发明所述的可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法作进一步详细的描述。
[0025]图1是待磨岩心片、基础岩心片和基材粘接在一起的主视图。
[0026]图2是待磨岩心片、基础岩心片和基材粘接在一起的仰视图。
[0027]其中1.待磨岩心片，2.基础岩心片，3.基材，4.腊，5.强力胶。
【具体实施方式】
[0028]作为微观观察用的岩心薄片要求其具有透光性，所采集到的图像应能清晰反映渗流现象，因而要求薄片的厚度小于0.5_。受现有微观渗流实验流程限制，薄片长度和宽度应不小于8cm和2cm。岩心在0.5mm厚度时,岩石颗粒间胶结物的作用力及其微弱，易于破损。较大的面积(8cmX2cm)也使打磨过程中容易出现厚度上的不均勻，程度大于0.1mm时即对观察产生影响。普通的研磨技术通常只能达到0.8mm的厚度；铸体薄片制作方法也不可取，原因是:一注入岩石内的金属铸体材料污染岩心，薄片制作后铸体仍占据孔隙空间，根本不具备实验条件；二薄片面积较小，无法达到微观实验所需要的要求。
[0029]下面结合附图对本发明所述的可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法进行详细说明。该可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法包括以下步骤:
[0030]步骤一:将依次层叠设置的待磨岩心片1、基础岩心片2和基材3粘接在一起，如图1和图2所不；
[0031]步骤二:磨制待磨岩心片I的表面；
[0032]步骤三:将待磨岩心片I与基础岩心片2分离。
[0033]基材3选择玻璃片，如果将待磨岩心片I与基材3直接粘接，胶结物采用强力胶时，玻璃与待磨岩心片I间的粘结面会形成透光性很差的污损面；胶结物采用蜡时，玻璃的光滑表面使粘结面耐受剪切力的能力较差，在薄片越薄粘结面承受的剪切力越大，极易出现薄片从玻璃上脱落、薄片严重受损；另外，由于薄片厚度要求很小，在磨制过程中，极易造成厚度不均匀，并且出现玻璃片边缘也被打磨的现象，严重阻碍打磨进程。所以选择了将层叠设置的待磨岩心片1、基础岩心片2和基材3粘接在一起，后再磨制待磨岩心片I的方法。
[0034]在步骤一中，首先将基础岩心片2的下表面和基材3的上面粘接在一起，再将待磨岩心片I的下表面和基础岩心片2的上表面粘接在一起，基础岩心片2和基材3粘接在一起形成了底托。在步骤一中，基础岩心片2的长度为5?10cm，基础岩心片2的宽度为2?5cm,基础岩心片2的厚度为0.2?0.5cm。
[0035]将待磨岩心片I的下表面和基础岩心片2的上表面粘接在一起的为腊4,待磨岩心片I和基础岩心片2之间的蜡4的厚度为0.1?0.5_。基础岩心片2的材质和待磨岩心片I的材质应该相同或相近。即选择与待磨岩石粒径及粗糙程度相近的岩心片作为基础岩心片2。原因是相同或相近的条件下，两岩心片用蜡粘结在一起时的剪切力承受面积和力值均达到最大，即保证待磨岩石片I不会从底托上脱落，也保证待磨岩心片I保持完整、不破损。
[0036]基础岩心片2与基材3粘结。采用耐水的强力胶5粘结基础岩心片2与基材3，强力胶要具有一定粘度，保证粘结时基础岩心片2与基材3实现面接触；同时强力胶要能渗透进基础岩心片2的孔隙内，保证受力时基础岩心片2上的砂粒牢固不动。强力胶凝固后，应具有足够的刚性，该强力胶5为环氧树脂胶。
[0037]基材3选择玻璃片的原因有二:一玻璃片平面的水平程度很高，是待磨岩心片I厚度磨制均匀的基础保障；二在与基础岩心片2粘结时，可以观察粘结质量。
[0038]然后磨平基础岩心片2。基础岩心片2和基材3粘接在一起后，将粘结后的基础岩心片2的顶部打磨，选择砂纸目径要与基础岩心片2的岩石粒径相近。为待磨岩心片I的粘结做好准备。
[0039]当需要将待磨岩心片I和基础岩心片2粘接在一起时，首先在基础岩心片2的上表面涂抹腊并对基础岩心片2进彳T加热，然后再将待磨岩心片I放在基础岩心片2上。将待磨岩心片I放在基础岩心片2上后,在基础岩心片2的上表面往复移动待磨岩心片I,然后再对待磨岩心片I施加向下的压力。
[0040]具体是，待磨岩心片I首先应在整体承受力较强的条件下，两侧磨平。融化一定量的蜡，涂抹在底托的基础岩心片2上。将待磨岩心片I平放在基础岩心片2上，然后从底部均匀加热底托，用镊子轻轻来回移动待磨岩心片I。当融化的蜡从待磨岩心片I的孔隙中均匀渗透上来时，撤走加热源。轻轻向下压住待磨岩心片I使之与底托紧密接触，待液态蜡凝固后，撤去压力，让岩心片自然冷却。[0041]在步骤二中，使用研磨机水磨待磨岩心片I的上表面，研磨机的转速为200?500转/min。具体是，在转速不高于200转/min条件下水磨。如果时用手直接控制底托，则不要用力过大，否则容易造成待磨岩心片I两端磨损较快，形成两端薄中间厚的现象。磨制初期选择粒径较大的砂纸，当待磨岩心片I的厚度为0.5mm?Imm时,选择600目?1000目的砂纸对待磨岩心片I进行研磨，当待磨岩心片I的厚度为小于0.5mm并且大于等于0.3mm时，选择1000目?5000目的砂纸对待磨岩心片I进行研磨。磨制过程需要经常用游标卡尺测量，保证磨制面的厚度均匀。
[0042]在步骤三中，将待磨岩心片1、基础岩心片2和基材3同时放入沸水中，使待磨岩心片I与基础岩心片2分离。具体是，在岩心片厚度达到标准时，将带有待磨岩心片I的底托放入沸水中浸泡，底部均匀加热，待磨岩心片I首先从底托上剥离下来。持续加热I小时，则待磨岩心片I的孔隙内的蜡大部分也会被清洗出来。
[0043]在步骤三后，将待磨岩心片I放入加热装置中加热待，使待磨岩心片I表面的残留物气化。具体是，将水洗后的待磨岩心片I取出、晾干后，放入马弗炉中高温气化残余蜡，温度900°C、时间20min。缓慢冷却后，待磨岩心片I即为所需的岩石薄片，该岩石薄片制作完成。如果岩心薄片内残余蜡较高，则在玻璃模型制作时产生不良影响。
[0044]作为微观观察用的岩心薄片要求其具有透光性，所采集到的图像应能清晰反映渗流现象，因而要求薄片的厚度小于0.5_。受现有微观渗流实验流程限制，薄片长度和宽度应不小于8cm和2cm。岩心在0.5mm厚度时,岩石颗粒间胶结物的作用力及其微弱，易于破损。较大的面积(8cmX2cm)也使打磨过程中容易出现厚度上的不均勻，程度大于0.1mm时即对观察产生影响。普通的研磨技术通常只能达到0.8mm的厚度；铸体薄片制作方法也不可取，原因是:一注入岩石内的金属铸体材料污染岩心，薄片制作后铸体仍占据孔隙空间，根本不具备实验条件；二薄片面积较小，无法达到微观实验所需要的要求。
[0045]探索形成的蜡封研磨方法系统的解决了上述问题，制作的真实岩石薄片厚度达到
0.3mm (3个颗粒粒径)、面积(8cmX2cm)，保存了岩石的固相组分、孔隙结构及连通性能等全部信息。
[0046]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】
1.一种可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法，其特征在于，所述可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法包括以下步骤: 步骤一:将依次层叠设置的待磨岩心片(I)、基础岩心片(2)和基材(3)粘接在一起； 步骤二:磨制待磨岩心片(I)的表面； 步骤三:将待磨岩心片(I)与基础岩心片(2)分离。
2.根据权利要求1所述的可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法，其特征在于:在步骤一中，首先将基础岩心片(2)的下表面和基材(3)的上面粘接在一起，再将待磨岩心片(I)的下表面和基础岩心片(2)的上表面粘接在一起。
3.根据权利要求2所述的可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法，其特征在于:将待磨岩心片(I)的下表面和基础岩心片(2)的上表面粘接在一起的为腊，该腊的厚度为0.1mm ?0.5mmο
4.根据权利要求2所述的可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法，其特征在于:当需要将待磨岩心片(I)和基础岩心片(2)粘接在一起时，首先在基础岩心片(2)的上表面涂抹腊并对基础岩心片(2)进彳了加热，然后再将待磨岩心片(I)放在基础岩心片(2)上。
5.根据权利要求4所述的可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法，其特征在于:将待磨岩心片(I)放在基础岩心片(2)上后,在基础岩心片(2)的上表面往复移动待磨岩心片(I )，然后再对待磨岩心片(I)施加向下的压力。
6.根据权利要求1所述的可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法，其特征在于:在步骤一中，基础岩心片(2)的长度为5cm?10cm，基础岩心片(2)的宽度为2cm?5cm，基础岩心片(2)的厚度为0.2cm?0.5cm，基材(3)为玻璃片。
7.根据权利要求1所述的可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法，其特征在于:在步骤二中，使用研磨机水磨待磨岩心片(I)的上表面,研磨机的转速为200转/min?500转 /min。
8.根据权利要求7所述的可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法，其特征在于:当待磨岩心片(I)的厚度为0.5mm?Imm时,选择600目?1000目的砂纸对待磨岩心片(I)进行研磨，当待磨岩心片(I)的厚度为小于0.5mm并且大于等于0.3mm时,选择1000目?5000目的砂纸对待磨岩心片(I)进行研磨。
9.根据权利要求1所述的可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法，其特征在于:在步骤三中，将待磨岩心片(I)、基础岩心片(2)和基材(3)同时放入沸水中，使待磨岩心片Cl)与基础岩心片(2)分离。
10.根据权利要求9所述的可视化真实岩心模型中岩石薄片的制造方法，其特征在于:在步骤三后，将待磨岩心片(I)放入加热装置中加热待，使待磨岩心片(I)表面的残留物气化。
【文档编号】G01N1/28GK103471883SQ201310364283
【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】秦积舜, 陈兴隆, 李实 , 俞宏伟, 张可, 李军, 姬泽敏 申请人:中国石油天然气股份有限公司