一种骨架导电混合泥质砂岩人造岩样以及压制成型的方法与流程

本发明涉及一种应用于油田裸眼井低阻油层测井评价技术领域中的骨架导电混合泥质砂岩人造岩样以及压制与成型的方法。

背景技术：

石油和天然气是当今世界国民经济和社会发展的重要能源。经过多年的开采，目前，我国石油工业勘探开发目标已转向低孔渗、低阻、复杂岩性和复杂储集空间等复杂油气藏，而低阻油气藏是其中最具潜力的主要研究对象之一。随着低阻油气藏勘探的深入，在一些油田发现了含有黄铁矿导电矿物的低阻油层，而含黄铁矿的低阻油层又可能同时含有分散泥质和层状泥质。由于该类油层导电规律非常复杂，而现有电阻率解释模型尚不能描述骨架导电低阻油层的导电规律。因此建立适用于骨架导电低阻油层电阻率模型成为当今测井界需解决的一个难题。如果能够搞清该类岩石的导电规律，建立适用的电阻率模型，可以极大地提高该类油层的评价精度。然而，在实际地层中寻找到骨架导电颗粒含量、泥质含量、泥质分布形式均有一定变化的岩样几乎是不可能的，因此，需按研究要求人工制作骨架导电颗粒含量、泥质含量、泥质分布形式均有一定变化的实验样品。国外学者Clavier（1976）等人利用10块具有不同黄铁矿含量的全直径砾岩样品进行实验研究，分别测量干岩样电导率和5种频率下饱和不同地层水矿化度的岩样复电阻率，研究了不同频率的岩样电阻率与黄铁矿含量之间的关系，结果表明，随频率的增大，岩样的电导率增大，且黄铁矿含量越高，频率影响越明显。然而，Clavier等人对10块样品没有进行含水饱和度与岩样电阻率关系实验。后来，虽然用石英和黄铁矿颗粒人工堆积了不同黄铁矿含量的4个样品柱，并简单地进行了含水饱和度与岩样电阻率关系实验，但这种人工堆积的样品没有被压实固结，其规律不能完全描述地下岩石的导电规律。Glover(2000)等人制作了 10块孔隙度为4~44%骨架导电的人造岩样，骨架采用了氧化铜物质，测量了饱和不同矿化水的岩样电导率，研究了饱含水骨架导电岩样的电导率与不同水电导率之间的关系。通过研究，提出了适用于饱含水骨架导电岩石的修改Archie公式。但Glover等人没有做骨架导电岩样的电导率和含水饱和度的关系实验，因此没有给出含油气骨架导电岩石的修改Archie公式。Clennell（2010）等人用澳大利亚北部气田不同黄铁矿含量的30块岩样进行了黄铁矿对岩石电阻率影响程度的研究，在室温下，测量了较宽频带范围的干岩样电导率和介电常数，结果表明黄铁矿对高频下干岩样的电导率和介电常数影响较大，随频率增加，含黄铁矿干岩样的电导率增加，而介电常数降低。然而，Clennell等人对不同黄铁矿含量的岩样没有进行减饱和实验，因此，无法建立岩样电阻率、饱和度、黄铁矿含量、频率、地层水电阻率、孔隙度之间合适的关系。

总之，到目前为止，对含黄铁矿岩石电学性质实验研究较少，又由于缺少天然的骨架导电混合泥质砂岩岩心，没有对不同泥质分布形式和泥质含量的含油气黄铁矿岩样进行系统的岩电规律实验研究，也未建立岩样电阻率与含水饱和度、黄铁矿含量、泥质分布形式、泥质含量、地层水电阻率、孔隙度等参数之间的关系式。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明人工研制出可模拟地层条件的骨架导电混合泥质砂岩实验用岩心样品，并给出了压制成型的方法。本发明内容可以为研究提供有价值的数据资料，节约了真实地层取心成本。

本发明的技术方案是：该种骨架导电混合泥质砂岩人造岩样，包括一个圆柱状的岩样内芯，其独特之处在于：所述岩样内芯由泥岩小半圆剖切柱体和混合物大半圆剖切柱体压实成一体构成，所述混合物大半圆剖切柱体由相对体积含量为V铁的黄铁矿、相对体积含量为V土的粘土、相对体积含量为1-V铁-V土的石英砂和胶混合构成；

所述岩样内芯位于PPR管内，所述岩样内芯的外壁与所述PPR管的内壁之间有缝隙，在所述缝隙内填充满绝缘胶体；在PPR管（3）的两个开口端分别紧密嵌入黄铜材质的岩样端帽，岩样端帽与所述岩样内芯的上、下两个端面之间夹紧固定有不锈钢纱网，所述不锈钢纱网的直径与所述岩样内芯的直径相同；

所述岩样端帽上开有若干通孔，所述通孔的开孔位置对应混合物大半圆剖切柱体所在区域；所述PPR管两端与所述岩样端帽平齐。

一种用于制作所述骨架导电混合泥质砂岩人造岩样的压制成型方法，该方法由如下步骤构成：

第一步，将40-100目的石英砂、100-200目的石英砂、270目的石英砂和325目的四种粒度的石英砂按照质量比为2:4:1:3的比例均匀混合；

第二步，选取第一步制成的质量为M砂的石英砂与质量为M胶的胶混合放置在长方体模具内，在60Mpa压力下预压30分钟；

第三步，将质量为M铁的150目的黄铁矿与质量为M铁1/35的胶混合，放置在第二步中所得到的压过的石英砂上方，然后在60Mpa压力下再预压30分钟；

第四步，将质量为M土的400目的粘土制成湿粘土，放置在第三步所获得的黄铁矿上方，在60Mpa和120℃的高温高压下压实固结成岩；

第五步，测量由步骤一至步骤四所分别获得的黄铁矿层、石英砂层和粘土层的厚度分别为H铁、H砂和H土；

第六步，选取第一步制成的质量为m砂石英砂，根据黄铁矿和粘土的相对体积含量V铁和V土，由下式计算出所用黄铁矿的质量m铁和粘土的质量m土；

将质量为m铁150目的黄铁矿、质量为m土的400目的粘土均匀混合，过筛，放置在第二步过程中使用的长方形模具里，然后在60Mpa压力下再预压30分钟；在本步骤中，石英砂、黄铁矿和粘土被压实后构成长方体混合物部分；

第七步，将质量为M土的400目的粘土制成湿粘土放置在第六步所得到的压过的含有黄铁矿和粘土的岩石上方，在60Mpa和120℃的高温高压下压实固结成岩；所述湿粘土被压实后对应构成长方体人造泥岩部分；

第八步，使用1英寸取心钻头，在第七步获得的已压实固结成岩的岩样中取芯；制成圆柱状的岩石样品，在所述岩石样品圆柱侧面涂抹1mm厚的胶；

其中，取芯位置按照从长方体混合物部分取大半圆，从长方体人造泥岩部分取小半圆的方式确定；

第九步，制作外径为29mm、内径为27mm的带凹槽的黄铜岩样端帽，在黄铜岩样端帽的大半圆部分钻15-19个直径为3mm的孔，在黄铜端帽凹的一面垫上直径为27mm的不锈钢纱网，内侧用胶固定套在第八步得到的圆柱状岩石样品的两端，带孔的大半圆正对混合物部分，不带孔的小半圆正对人造泥岩部分，用浇铸和涂抹形式将岩样两端面与黄铜端帽侧面涂平；

第十步，将第九步得到的柱体侧面涂胶，然后塞入内径为29mm、外径为40mm的PPR管中；

第十一步，用车床将第十步得到的样品制成PPR管两端与岩样端帽平齐、外径为38mm的岩心样品，制备成黄铁矿的相对体积含量为V铁，粘土的相对体积含量为V土的骨架导电混合泥质砂岩人造岩样实验样品。

本发明具有如下有益效果：本发明可以根据任务要求，制作出不同黄铁矿含量、不同泥质含量及泥质分布形式的实验用岩心样品，解决了无法从实际地层获得所需样品的问题。本发明制作的岩样模拟了地层条件，其实验性能更接近实际地层中取出的岩样；对于疏松、易碎的无法用常规电阻率实验技术测量的样品，均可采用此技术实现岩心电阻率实验测量。最重要的是，本发明应用后可以大大节约真实地层的取心成本，可以以较低的成本为研究提供有价值的数据资料。

附图说明：

图1是发明制作的实验用骨架导电混合泥质砂岩人造岩样结构剖面图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明来自国家自然科学基金项目“骨架导电低阻油层人造岩样实验及导电规律与导电模型研究”（批准号：41274110）。本发明内容是关于这种岩样制作的三个方面技术，即：骨架导电分散泥质砂岩中黄铁矿、粘土和石英砂的质量的确定、骨架导电混合泥质砂岩的压制和实验岩样的成型技术。

由图1所示，该种骨架导电混合泥质砂岩人造岩样，包括一个圆柱状的岩样内芯，其独特之处在于：所述岩样内芯由泥岩小半圆剖切柱体5和混合物大半圆剖切柱体6压实成一体构成，所述混合物大半圆剖切柱体由相对体积含量为V铁的黄铁矿、相对体积含量为V土的粘土、相对体积含量为1-V铁-V土的石英砂和胶混合构成；

所述岩样内芯位于PPR管3内，所述岩样内芯的外壁与所述PPR管的内壁之间有缝隙，在所述缝隙内填充满绝缘胶体4；在PPR管3的两个开口端分别紧密嵌入黄铜材质的岩样端帽1，岩样端帽1与所述岩样内芯的上、下两个端面之间夹紧固定有不锈钢纱网2，所述不锈钢纱网的直径与所述岩样内芯的直径相同；

所述岩样端帽上开有若干通孔，所述通孔的开孔位置对应混合物大半圆剖切柱体6所在区域；所述PPR管两端与所述岩样端帽平齐。

一种用于制作前述骨架导电混合泥质砂岩人造岩样的压制成型方法，该方法由如下步骤构成：

第一步，将40-100目的石英砂、100-200目的石英砂、270目的石英砂和325目的四种粒度的石英砂按照质量比为2:4:1:3的比例均匀混合；

第二步，选取第一步制成的质量为M砂的石英砂与质量为M胶的胶混合放置在长方体模具内，在60Mpa压力下预压30分钟；

第三步，将质量为M铁的150目的黄铁矿与质量为M铁1/35的胶混合，放置在第二步中所得到的压过的石英砂上方，然后在60Mpa压力下再预压30分钟；

第四步，将质量为M土的400目的粘土制成湿粘土，放置在第三步所获得的黄铁矿上方，在60Mpa和120℃的高温高压下压实固结成岩；

第五步，测量由步骤一至步骤四所分别获得的黄铁矿层、石英砂层和粘土层的厚度分别为H铁、H砂和H土；

第六步，选取第一步制成的质量为m砂石英砂，根据黄铁矿和粘土的相对体积含量V铁和V土，由下式计算出所用黄铁矿的质量m铁和粘土的质量m土；

将质量为m铁150目的黄铁矿、质量为m土的400目的粘土均匀混合，过筛，放置在第二步过程中使用的长方形模具里，然后在60Mpa压力下再预压30分钟；在本步骤中，石英砂、黄铁矿和粘土被压实后构成长方体混合物部分；

第七步，将质量为M土的400目的粘土制成湿粘土放置在第六步所得到的压过的含有黄铁矿和粘土的岩石上方，在60Mpa和120℃的高温高压下压实固结成岩；所述湿粘土被压实后对应构成长方体人造泥岩部分；

第八步，使用1英寸取心钻头，在第七步获得的已压实固结成岩的岩样中取芯；制成圆柱状的岩石样品，在所述岩石样品圆柱侧面涂抹1mm厚的胶；

其中，取芯位置按照从长方体混合物部分取大半圆，从长方体人造泥岩部分取小半圆的方式确定；

第九步，制作外径为29mm、内径为27mm的带凹槽的黄铜岩样端帽，在黄铜岩样端帽的大半圆部分钻15-19个直径为3mm的孔，在黄铜端帽凹的一面垫上直径为27mm的不锈钢纱网，内侧用胶固定套在第八步得到的圆柱状岩石样品的两端，带孔的大半圆正对混合物部分，不带孔的小半圆正对人造泥岩部分，用浇铸和涂抹形式将岩样两端面与黄铜端帽侧面涂平；

第十步，将第九步得到的柱体侧面涂胶，然后塞入内径为29mm、外径为40mm的PPR管中；

第十一步，用车床将第十步得到的样品制成PPR管两端与岩样端帽平齐、外径为38mm的岩心样品，制备成黄铁矿的相对体积含量为V铁，粘土的相对体积含量为V土的骨架导电混合泥质砂岩人造岩样实验样品。

下面给出代入具体实施数据的例子：

对于骨架导电分散泥质砂岩中黄铁矿、粘土和石英砂的质量的确定，其方法是：将40-100目的石英砂、100-200目的石英砂、270目的石英砂和325目的石英砂按照质量比为2:4:1:3的比例均匀混合，将混合后的质量为M砂（800g）石英砂与M胶（40g）胶混合放置在长方体模具内，在60Mpa压力下预压30分钟；将质量为M铁（1400g）的150目的黄铁矿与40g胶混合，放置在压过的石英砂上方，在60Mpa压力下再预压30分钟；将质量为M土（250g）的400目的粘土制成湿粘土，放置在黄铁矿上方，在60Mpa和120℃的高温高压下压实固结成岩。测量黄铁矿、石英砂、粘土的厚度分别为H铁（28.2mm）、H砂（29mm）和H土（7.8）。由于相同温压下物质的密度保持不变，因此按照岩样实验设计，已知要制作黄铁矿的体积含量为V铁，粘土的体积含量为V土的岩样，固定砂的质量m砂=M砂，由下面的方程，可以计算出所用黄铁矿的质量m铁和粘土的质量m土，

对于骨架导电混合泥质砂岩的压制，其技术是：按设计的要求分别称出黄铁矿、粘土、混合后的石英砂与胶均匀混合、反复碾磨、过筛，放置在长方体模具里，在其上面施加60MPa的压力30分钟。去掉压力块后，将压过的岩石上面打毛，再将处理过的湿粘土放在其上，加60MPa压力并在120℃下固结，直到岩石干透为止。

对于实验岩样的成型，其技术是：先将成岩后的长方体干岩石用1英寸取心钻头取样并处理成柱塞状岩石样品；在柱状样品的侧面涂上1mm厚的胶；制作外径为29mm内径为27mm的带凹槽的柱塞岩样端帽，并根据岩样层状泥分布情况钻15-19个直径为3mm的孔；将黄铜端帽的凹的一面垫上直径为27mm的不锈钢纱网，再将黄铜端帽压实，内侧用胶固定套在岩样的两端，并使端帽上无孔的部分正对岩样层状泥部位；用浇铸和涂抹形式将岩样两端面间的缺口用胶与黄铜端帽侧面涂平，制成侧面被绝缘胶体包裹、端面导电的圆柱体；将整个柱体侧面涂胶然后塞入内径为29mm、外径为40mm的PPR管中；用车床将样品制成PPR管两端与岩样端帽平齐、外径为38mm的岩心样品，即为骨架导电混合泥质砂岩人造岩样实验样品。