一种利用泥饼模拟泥页岩微裂缝的方法与流程

本发明属于岩心模拟方法领域，具体地说，涉及一种利用泥饼模拟泥页岩微裂缝的方法。

背景技术：

目前，对于岩心模拟的方法一直没有统一标准。针对岩石孔隙，实验室通常可以使用直接取芯，或人造岩心进行模拟试验。但是对于致密泥页岩，尤其是对具有微裂缝发育的致密泥页岩的实验室模拟还没有直接有效模拟的方法。近年来，对泥页岩微裂缝模拟效果的评价方法主要有2种。第一种是利用金属片模拟，该方法利用两个金属片，将其靠拢中间形成缝隙。此方法模拟的缝隙宽度过大，不能达到微米级。第二种是石秉忠等人(石秉忠，胡旭辉，高书阳，徐江，林永学.硬脆性泥页岩微裂缝封堵可视化模拟试验与评价[J]，石油钻探技术,2014,42(3),34-36.)制作的微裂缝模拟仪器。该仪器通过激光技术在玻璃模板中制造微裂缝，缝宽可达微米级，但成本过高，不易推广普及。同时这两种方法都采用其他材料模拟岩心微裂缝，忽略了泥页岩岩石本身的特性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对现有技术中无法直接简单的模拟天然泥页岩微裂缝或是模拟仪器设备成本太高的问题，提供了一种利用泥饼模拟泥页岩微裂缝的方法，不仅能够有效的模拟泥页岩微裂缝，同时成本低，实验重复性强。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种利用泥饼模拟泥页岩微裂缝的方法，包括以下步骤：

步骤1、称量：按照质量份称量以下组分：膨润土4份-6份，普通重晶石50份-100份，毫微重晶石50份-100份，聚丙烯酰胺0.5份-2份，聚丙烯酸钠4份-8份，自来水100份；

步骤2、将称量好的自来水、膨润土、普通重晶石、毫微重晶石、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠混合并搅拌，制备得到钻井液；

步骤3、将钻井液倒入高速搅拌仪中搅拌；

步骤4、将搅拌后的钻井液倒入高温高压水仪，放入滤纸，调整压力和温度，失水后取出泥饼，控制泥饼厚度11.25mm；

步骤5、取出泥饼，并放入电热鼓风干燥箱中进行风干；

步骤6、从电热鼓风干燥箱中取出泥饼，室温下静置，使用银针按设计方向角度对泥饼进行多次穿刺；

步骤7、穿刺后将泥饼静置1.5-2.5h，取出银针；则制成了具有裂缝的泥饼。

进一步地，步骤2中的搅拌转速为500r/min-2000r/min，搅拌时间为15-45分钟。

进一步地，步骤3中的搅拌转速为10000r/min-12000r/min，搅拌时间为10-20分钟。

进一步地，步骤4中的调整后的压力为3.5MPa，温度为35℃，失水时间为30min。

进一步地，步骤5中的风干温度为35-45℃，风干时间为1.5-2.5h。

进一步地，步骤6中的静置时间为15min-45min。

进一步地，银针的直径为0.25～0.40mm。

进一步地，步骤7中的风干温度为35-45℃，风干时间为45-75min。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

1)本发明设计思路原理简单：即通过人工选择具有一定强度的，直径已知的金属，对泥饼进行穿刺。

2)本发明成本低：与直接使用泥页岩岩心和采用现有的激光模拟设备模拟泥页岩微裂缝，本发明大大降低了微裂缝模拟的成本。

3)本发明仪器方便，操作简单：本发明不需要大型设备或高科技设备，使用仪器操作简单。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明制备的具有裂缝的泥饼模型图；

图2是本发明实施例1-3制备的具有裂缝的泥饼模型图；

图3是本发明实施例4-6制备的具有裂缝的泥饼模型图；

图4是本发明实施例7-9制备的具有裂缝的泥饼模型图。

图中，1.银针，2.，泥饼，3.滤纸。

具体实施方式

以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明公开了一种利用泥饼模拟泥页岩微裂缝的方法，该方法是在通过API失水制备的泥饼上，使用直径0.25～0.4mm的不同粗细的金属丝从不同方向插入，待泥饼即将成型时取出，从而形成微裂缝；包括以下步骤：

步骤1、配制钻井液：为了在最短时间内制作满足要求的泥饼，这里推荐使用配方(质量份含量)：膨润土4份-6份，普通重晶石50份-100份，毫微重晶石50份-100份，聚丙烯酰胺0.5份-2份，聚丙烯酸钠4份-8份，自来水100份，将上述各组分混合，制备得到钻井液；其中，普通重晶石目数为400至800目，毫微重晶石的目数在2000目以上；

选择该配方的好处是在最短的时间内得到渗透率极小并具有一定厚度的泥饼，以满足后续步骤需要。改变配方的比例可能会导致，渗透率过大，或者泥饼厚度过小。

步骤2、将钻井液在500r/min-2000r/min的转速下搅拌15-45分钟；当转速低于500r/min时，分散时间过长，容易产生沉淀；高于2000r/min时，容易出现分散不均匀的情况。

步骤3、然后将钻井液倒入高速搅拌仪在10000r/min-12000r/min的转速下搅拌10-20分钟；当转速低于10000r/min时，分散时间过长，容易产生沉淀。高于12000r/min时，容易出现分散不均匀的情况。

步骤4、使用API静失水仪或高温高压失水仪，加入150ml搅拌后的钻井液，使用3.5Mpa压力，失水30分钟，制备得到泥饼。

步骤5、取出泥饼，并放入电热鼓风干燥箱中加热至35-45℃风干1.5-2.5h。

步骤6、从电热鼓风干燥箱中取出泥饼，室温下静置15min-45min，待泥饼基本成型干燥，将事前准备的直径为0.25～0.4mm的银针按设计方向角度对泥饼进行多次穿刺。穿刺次数可根据模拟需求调整。

步骤7、穿刺后将泥饼静置1.5-2.5h，取出银针；则制成了具有裂缝的泥饼模型。

实施例1垂直裂缝的泥饼模拟

1、称取300mL20℃的自来水，加入膨润土12g，普通重晶石300g，毫微重晶石150g，聚丙烯酰胺3g，聚丙烯酸钠15g，设定转速为500r/min，搅拌30min。

2、然后将其倒入高速搅拌仪，在10000r/min的转速下搅拌15分钟。

3、将钻井液倒入高温高压水仪，放入滤纸，调整压力至3.5MPa，温度35℃，失水30min，后取出泥饼，控制泥饼厚度11.25mm。

4、取出泥饼，根据需要可将泥饼切块塑形，以满足后续需求。之后放入电热鼓风干燥箱中加热至40℃风干2小时后，从电热鼓风干燥箱中取出泥饼。

5、室温下静置30分钟后，使用直径为0.25mm的银针垂直插入泥饼，如图2所示；

6、穿刺后将泥饼静置2h，取出银针。则制成了具有缝宽为0.25mm垂直裂缝的泥饼，实验结果见表1。

实施例2

膨润土选择15g，其余条件同实施例1，实验结果见表1。

实施例3

膨润土选择18g，其余条件同实施例1，实验结果见表1。

表1实施例1-3制备得到的垂直裂缝的性能

由上表1可以看出，当膨润土含量为18g(占自来水的比例为6％)时，泥饼渗透率最小，且厚度满足要求。插孔形成垂直裂缝后的泥饼渗透率有增加，但在合理范围内，说明泥饼未被破坏满足实验要求，垂直裂缝的形成也有效的增加了泥饼渗透率。

实施例4斜裂缝的泥饼模拟

1、称取150mL20℃的自来水，加入膨润土6g，普通重晶石100g，毫微重晶石50g，聚丙烯酰胺1.5g，聚丙烯酸钠7.5g，设定转速为500r/min，搅拌30min。

2、然后将其倒入高速搅拌仪，在10000r/min的转速下搅拌15分钟。

3、将钻井液倒入高温高压水仪，放入滤纸，调整压力至3.5MPa，温度35℃，失水30min，后取出泥饼，控制泥饼厚度9.87mm。

4、取出泥饼，根据需要可将泥饼切块塑形，以满足后续需求。之后放入电热鼓风干燥箱中加热至40℃风干2小时后，从电热鼓风干燥箱中取出泥饼

5、室温下静置30分钟后，使用直径为0.18mm的银针倾斜插入泥饼，如图3：

6、穿刺后将泥饼静置2小时后，取出银针。则制成了具有缝宽为0.18mm斜裂缝的泥饼，实验结果见表2。

实施例5

膨润土选择7.5g，其余条件同实施例4，实验结果见表2。

实施例6

膨润土选择9g，其余条件同实施例4，实验结果见表2。

表2实施例4-6制备得到的垂直裂缝的性能

由上表2可以看出，该配方制的泥饼渗透率较大，厚度已经很稳定，实验重现性好。插孔形成斜裂缝的泥饼，渗透率增加率较垂直裂缝泥饼的渗透率增加率有所减小。说明泥饼内部对流体的流动阻力增大，使渗透率减小，该斜裂缝的模拟是成功的。

实施例7横裂缝的泥饼模拟

1、称取150mL20℃的自来水，加入膨润土6g，普通重晶石100g，毫微重晶石50g，聚丙烯酰胺1.5g，聚丙烯酸钠7.5g，设定转速为500r/min，搅拌30min。

2、然后将其倒入高速搅拌仪，在10000r/min的转速下搅拌15分钟。

3、将钻井液倒入高温高压水仪，放入滤纸，调整压力至3.5MPa，温度35℃，失水30min，后取出泥饼，控制泥饼厚度9.87mm。

4、取出泥饼，根据需要可将泥饼切块塑形，以满足后续需求。之后放入电热鼓风干燥箱中加热至40℃风干2小时后，从电热鼓风干燥箱中取出泥饼

5、室温下静置30分钟后，使用直径为0.30mm的银针水平插入泥饼，如图4。

6、穿刺后将泥饼静置2小时后，取出银针。则制成了具有缝宽为0.30mm水平裂缝的泥饼7，实验结果见表3。

实施例8

膨润土选择7.5g，其余条件同实施例7，实验结果见表3。

实施例6

膨润土选择9g，其余条件同实施例7，实验结果见表3。

表3实施例7-9制备得到的垂直裂缝的性能

由上表3可以看出，插孔形成水平裂缝的泥饼校插孔前的渗透率增加不大，也证明水平裂缝对流体纵向渗透的影响不如垂直裂缝的影响大。进而也说明了该实验对泥页岩微裂缝的模拟是真实有效的。

实施例10

1、称取100mL(g)20℃的自来水，加入膨润土4g份，普通重晶石100g，毫微重晶石50g，聚丙烯酰胺2g，聚丙烯酸钠4g，将上述各组分混合，制备得到钻井液；

2、将钻井液在500r/min的转速下搅拌45分钟；

3、然后将钻井液倒入高速搅拌仪在10000r/min的转速下搅拌20分钟；

4、使用API静失水仪或高温高压失水仪，加入150ml搅拌后的钻井液，使用3.5Mpa压力，失水30分钟，制备得到泥饼；

5、取出泥饼，并放入电热鼓风干燥箱中加热至35℃风干2.5h。

6、从电热鼓风干燥箱中取出泥饼，室温下静置15min后，使用10根直径为0.4mm的银针垂直插入泥饼，如图2所示；

7、穿刺后将泥饼静置1.5h，取出银针；则制成了具有缝宽为0.4mm垂直裂缝的泥饼模型。

实施例11

1、称取100mL(g)20℃的自来水，加入膨润土6g，普通重晶石50g，毫微重晶石100g，聚丙烯酰胺0.5g，聚丙烯酸钠8g，将上述各组分混合，制备得到钻井液；

2、将钻井液在2000r/min的转速下搅拌15分钟；

3、然后将钻井液倒入高速搅拌仪在12000r/min的转速下搅拌10分钟；

4、使用API静失水仪或高温高压失水仪，加入150ml搅拌后的钻井液，使用3.5Mpa压力，失水30分钟，制备得到泥饼；

5、取出泥饼，并放入电热鼓风干燥箱中加热至45℃风干1.5h。

6、从电热鼓风干燥箱中取出泥饼，室温下静置45min后，使用10根直径为0.35mm的银针垂直插入泥饼，如图2所示；

7、穿刺后将泥饼静置2.5h，取出银针；则制成了具有缝宽为0.35mm垂直裂缝的泥饼模型。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。