一种制备人造方岩心的模具及方岩心的制备方法与流程

本发明属于油藏开发技术领域，具体涉及一种制备人造方岩心的模具及方岩心的制备方法。

背景技术：

在水驱油田开发过程中，化学驱油剂对于改善水驱开发效果和提高原油采收率具有十分重要的作用，具备某种功能的驱油剂产品往往有许多，这就需要对产品优选。产品优选的依据是它在油藏岩心中的渗流特性，即需要开展岩心驱替实验。目前，由于天然岩心价格高且受来源和规格的限制，国内研究机构进行岩心驱替实验时多数采用人造岩心。

目前，人造岩心制作方法有石英砂环氧树脂胶结、石英砂或玻璃球充填和石英砂磷酸铝烧结等几种，其中石英砂磷酸铝烧结法制作岩心的重复性差，石英砂或玻璃球充填模型不含胶结物，其孔隙尺寸和孔隙结构等方面与天然岩心差别较大，这两种岩心的应用受到限制。石英砂环氧树脂胶结岩心不仅岩石孔隙尺寸和结构特征与天然岩心相近，而且制作工艺简单、岩心重复性优良，因而在国内石油科学研究中被广泛应用。

但常用的环氧树脂是以液体状呈现的，包括磷酸铝、硅酸盐类环氧树脂。液体与固体的混合程度受到液体状环氧树脂的黏度影响，制作岩心过程中，由于液固混合物在模具中提留时间较长，如果液体黏度不足，那么附着在颗粒表面的附着力不足，液体将在重力作用下向模具底部运移，成型后的均质岩心在一定程度上是非均质的，表现出孔隙式胶结形式。采用液体状的胶结剂是不可避免这种现象的产生。因此，对于点接触胶结方式的岩心制造，该方法是行不通的，需要开拓新方法。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种制备人造方岩心的模具及方岩心的制备方法，为实验研究点接触式胶结油藏而制备出点接触人造方岩心，满足室内关于点接触油藏类型的实验研究。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种制备人造岩心的模具，包括：

底板；

垫片，其铺设在所述底板上面；

方形环板，其设于所述垫片上面，所述方形环板中间掏空成四个并列的矩形通孔，所述通孔尺寸：长×宽×高的尺寸为300mm×45mm×135mm；

压块组，其包括四个与矩形通孔相匹配的压块，所述压块内部设有T字型排气通道，排气通道的三个端口分别位于压块的压制表面和左右侧面；

刮平工具，其包括刮板、横梁、松紧调节旋钮和尺寸调节旋钮，所述刮板上设置有尺寸刻度，尺寸调节旋钮设于刮板的一侧顶端，所述横梁包括两夹板，夹板一侧边缘中部开设有凹陷部，两夹板的凹陷部相对设置，所述刮板以垂直于夹板的方式设置于两块夹板之间的凹陷部内，通过松紧调节旋钮固定，且相对于两块夹板上下滑动调节尺寸。

优选的是，所述方形环板的四角位置分别设有吊环。

优选的是，所述模具内壁表面粗糙度Ra≤0.025μm。

一种人造方岩心的制备方法，包括如下步骤：

(1)组装模具；

(2)制备胶结剂：所述胶结剂由聚酯树脂、固化剂、流平剂和硫酸钡按质量百分比混合而成，其中，聚酯树脂质量百分含量为80％～94％，固化剂质量百分含量为4.5％～14％，流平剂质量百分含量为1％～5％，硫酸钡质量百分含量为0.5％～1.0％；

(3)配料装模：将石英砂、粘土矿物和胶结剂按比例混合均匀，装入模具的矩形通孔内；

(4)压制成型：采用螺栓固定压块与主体模具，将填装好的模具放置在液压机上，在压制压力50MPa～58MPa条件下预压10min，然后保持恒定压力50MPa稳压15min；

(5)加热固化：将卸压后的模具整体放入高温烘箱内，先在98℃下烘烤240min，然后升温至120℃烘烤30min，最后升温至210℃烘烤10min；

(6)脱模：将经过加热固化的模具中的岩心取出，拆卸底板和压块螺栓，液压机连接吊环提升模具，然后选用铁块支撑模具底部，采用压块顶出岩心，最终得到成型的人造方岩心。

优选的是，所述胶结剂与石英砂的混合质量比为1:100～200。

优选的是，所述人造方岩心的制备方法中步骤(3)中，将混合物加入模具后，将模具放于振动装置上振动，然后用刮平工具将混合物表面刮平，最后将压块置于混合物表面。

优选的是，所述人造方岩心的制备方法还包括步骤(7)切割：在空气、氮气或液氮三者中任意一种气体氛围保护下切割岩心两端，得到长度、宽度、高度分别为300mm、45mm、45mm的人造方岩心。

本发明包括以下有益效果：

其一、本发明采用自行设计组装的模具，根据实际需要可以一次性制备出最多四个岩心，优化了岩心压块内部结构，压块内部设有T字型排气通道，排气通道的三个端口分别位于压块的压制表面和左右侧面，避免了填压过程中，因为岩心空腔内的气体冲击混合物颗粒，改变混合均匀后的颗粒接触关系，甚至使混合物从排气通道冲出，底板、方形环板及压块的表面均打磨粗糙，有利于石英砂颗粒在填压过程中与模具的契合，又不影响取出岩心时对岩心壁面的损伤；

其二、改进了刮平工具的结构和尺寸，该尺寸的刮平工具与模具相匹配，且刮板厚度适中，刮板与模具形成最佳契合，且可以调节刮板高度，能够稳定控制刮平板，确保刮平板不倾斜，确保刮平效果；

其三、本发明中对胶结剂进行了优化，将聚酯树脂、固化剂、流平剂和硫酸钡按最佳质量百分比混合制得胶结剂，其对混合物颗粒具有更好的胶结固化成型作用，避免了因胶结剂含量过多，不易分散，直接胶结成死孔隙结构的现象，进而获得优质的人造岩心；

其四、在压制成型步骤中，先预压10min，然后稳压15min，通过预压和稳压使混合物颗粒接触方式在该压力条件下更稳定；

最后、在加热固化步骤中：先在98℃下烘烤240min，然后升温至120℃烘烤30min，最后升温至210℃烘烤10min，首先经过传热使恒温箱内热量均匀传递至岩心内部各个位置，为下一步加热作铺垫，使聚酯树脂的最佳温度和时间下融化，避免孔隙结构变化，进而制得性能优良的岩心。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1人造方岩心的模具结构示意图；

图2为压块结构示意图；

图3为压块剖面图；

图4为刮平工具结构示意图。

图中标号：

底板1、方形环板2、垫片3、压块组4、连接件5、矩形通孔6、排气通道7、端口8、吊环9、支架10、刮板11、横梁12、松紧调节旋钮13、尺寸刻度14、尺寸调节旋钮15。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1、图2、图3和图4所示，一种制备人造岩心的模具，包括：

底板1；

垫片3，其铺设在所述底板1上面，所述垫片将底板和方形环板隔开，避免岩心与底板的直接接触，优选的是，所述垫片为塑料制成的薄膜；

方形环板2，其设于所述垫片3上面，所述方形环板中间掏空成四个并列的矩形通孔6，所述通孔尺寸：长×宽×高的尺寸为300mm×45mm×135mm，可以根据实际需要可以一次性制备出最多四个岩心；

压块组4，其包括四个与矩形通孔相匹配的压块，所述压块内部设有T字型排气通道7，排气通道的三个端口8分别位于压块的压制表面和左右侧面，避免了填压过程中，因为岩心空腔内的气体冲击混合物颗粒，改变混合均匀后的颗粒接触关系，甚至使混合物从排气通道冲出；

刮平工具，如图4所示，其包括刮板11、横梁12、松紧调节旋钮13和尺寸调节旋钮15，所述刮板上设置有尺寸刻度14，尺寸调节旋钮设于刮板的一侧顶端，所述横梁包括两夹板，两夹板一侧边缘开设有用于容纳所述刮板的凹口，两夹板的凹口相对设置将刮板夹持在两夹板之间，通过松紧调节旋钮固定，所述刮板垂直于两夹板且相对于两夹板上下滑动调节尺寸，优选的尺寸大小为：刮板高220mm、宽299.5mm、厚20mm，横梁高60mm、长400mm、宽80mm，该尺寸的刮平工具与模具相匹配，且刮板厚度适中，刮板与模具形成最佳契合，且可以调节刮板高度，能够稳定控制刮平板，确保刮平板不倾斜，确保刮平效果。

在另一是示例中，所述方形环板2的四角位置分别设有吊环9，通过吊环将模具移动，方便拆除底板，进而使岩心从模具中脱出。

上述方案中，所述模具均采用钢制材料，底板、方形环板及压块的表面均打磨粗糙，粗糙度Ra≤0.025μm，该程度的粗糙度，能有利于石英砂颗粒在填压过程中与模具的契合，又不影响取出岩心时对岩心壁面的损伤。

人造方岩心的制备方法，包括如下步骤：

一、油藏条件选择

根据渤海油藏条件，其油藏储层属于疏松砂岩接触胶结的岩性，渗透率范围在100mD-5000mD，孔隙度范围在29％-35％。选择了石英砂粒径范围100-120目。

二、岩心制备

(1)组装模具：先将垫片3铺设在底板1上面，再将方形环板2安放在垫片3的上面，通过连接件5将底板、垫片和方形环板三者固定；

(2)制备胶结剂：所述胶结剂由聚酯树脂、固化剂、流平剂和硫酸钡按质量百分比混合而成，其中，聚酯树脂质量百分含量为80％～94％，固化剂质量百分含量为4.5％～14％，流平剂质量百分含量为1％～5％，硫酸钡质量百分含量为0.5％～1.0％；

(3)配料装模：将石英砂、粘土矿物和胶结剂按比例混合均匀，胶结剂与石英砂的混合质量比为1:100～200，称取四份相同重量的混合物分别装入模具的矩形通孔内，将模具放于振动装置上振动，以消除混合物的桥塞使其形成紧密的点接触，然后用刮平工具将混合物表面刮平，最后将压块置于混合物表面；

(4)压制成型：采用螺栓固定压块与主体模具，将填装好的模具放置在液压机上，在压制压力50MPa～58MPa条件下预压10min，然后保持恒定压力50MPa稳压15min，采用该压制方法的原因是：首先，岩心高45mm，单个岩心受力面积45mm×300mm，多块岩心一起压制，受力面积较大，所施加的压力就越大；其次，岩心压制过程采用的一次性压制，选用震动方式消除桥架，使得混合物下半部更紧密，但混合物下半部受力较小(压损存在)，所以要长时间稳压，让其混合物颗粒接触方式在该压力条件下更稳定；实际过程中，根据要制作的岩心渗透率来确定压力的大小和压制时间，此处岩心渗透率为2000mD左右，所以采用以上压力和压制时间；

(5)加热固化：将卸压后的模具整体放入高温烘箱内，先在98℃下烘烤240min，然后升温至120℃烘烤30min，最后升温至210℃烘烤10min，采用该加热方法的有点是：第一个温度条件是为了传热，恒温箱内部热量均匀传递至岩心内部各个位置，使其达到目标温度，为下一步加热铺垫；聚酯粉末，在第二个温度条件下开始融化，但是时间不易过长，液体会流动，导致孔隙结构变化，经常多次试验和岩心粉碎分析电镜扫描，最终确定这个值；在第三个温度下，聚酯粉末固化成型；

(6)脱模：将经过加热固化的模具中的岩心取出，拆卸底板和压块螺栓，液压机连接吊环提升模具，然后选用铁块支撑模具底部，采用压块顶出岩心，最终得到成型的人造方岩心。

在另一种实例中，所述人造方岩心的制备方法还包括步骤(7)切割：在空气、氮气或液氮三者中任意一种气体氛围保护下切割岩心两端，得到长度、宽度、高度分别为300mm、45mm、45mm的人造方岩心。

如上所述，本发明具有以下有益效果：

首先，本发明采用自行设计组装的模具，根据实际需要可以一次性制备出最多四个岩心，优化了岩心压块内部结构，避免了填压过程中，因为岩心空腔内的气体冲击混合物颗粒，改变混合均匀后的颗粒接触关系，甚至使混合物从排气通道冲出，底板、方形环板及压块的表面均打磨粗糙，有利于石英砂颗粒在填压过程中与模具的契合，又不影响取出岩心时对岩心壁面的损伤；其次，改进了刮平工具的结构和尺寸，该尺寸的刮平工具与模具相匹配，且刮板厚度适中，刮板与模具形成最佳契合，且可以调节刮板高度，能够稳定控制刮平板，确保刮平板不倾斜，确保刮平效果；然后，本发明中对胶结剂进行了优化，将聚酯树脂、固化剂、流平剂和硫酸钡按最佳质量百分比混合制得胶结剂，其对混合物颗粒具有更好的胶结固化成型作用，避免了胶结剂含量过多，不易分散，直接胶结成死孔隙结构的现象，进而获得优质的人造岩心；再者，在压制成型步骤中，通过预压和稳压使混合物颗粒接触方式在该压力条件下更稳定；最后，采用梯度温度烘烤，经过传热使恒温箱内热量均匀传递至岩心内部各个位置，为下一步加热作铺垫，使聚酯树脂的最佳温度和时间下融化，避免孔隙结构变化，进而制得性能优良的岩心。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。