人工岩心制作模具及方法与流程

本发明属于石油、矿产、地质技术领域，具体涉及一种人工岩心制作模具及方法。

背景技术

化学防砂采用的防砂支撑剂主要是树脂覆膜支撑剂。用于制备化学防砂支撑剂的树脂主要是酚醛树脂、呋喃树脂、聚氨酯树脂和环氧树脂。酚醛树脂、呋喃树脂和聚氨酯树脂的固化温度很高，在70℃以上的温度下，可以形成满足防止油井出砂的固结强度；但是在低温下，特别是温度低于40℃的条件下，很难固化或固化强度很低，难以达到防砂的要求。环氧树脂在低温条件下虽然可以固化，但其产品在存储运输过程中易引起粘连，稳定性差，同时它必须在有机溶剂的分散剂中才能固化，在有水的环境中固化强度很低甚至不固化。在疏松砂岩油层开采的中后期，射开的油层越来越多，出砂层也多，防砂难度增大，有些油层还需要防砂具有延时性。所以有必要研究一种在低温条件下固化强度高的可延时固化的化学防砂，来满足复杂油井的防砂需求。

对于化学防砂来说，防砂支撑剂的固化时间、固化后的抗压强度等很重要，通常用防砂支撑剂制作成人工岩心，研究人工岩心的各项特性很重要。目前，人工岩心制作模具主要有多种，申请人在2016205317205的专利申请中已经公开了一种人工岩心制作模具及其模具瓣，其具有径向尺寸小，模具结构稳定，岩心精度高的优点，但是仍旧存在一定的不足，其一是岩心需要后续切割成多段，从而实现多次测量，保证测量数据的可靠性，但是会导致岩心结构遭到破坏，进一步影响测量误差；其二是岩心的养护和制作工艺的问题，由于对岩心的养护不仅对温度和时间有要求，而且其关系到整个制作工艺，传统的制造工艺往往采用明确的分阶段进行，且没有条件进行其他工艺的探索和研究，导致对岩心的制作质量始终处于原有的水平，无法有效的突破，无法对整个化学防砂的技术问题的解决和研究进一步的取得突破。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种结构设计合理，稳定性好，能够有效的提高和控制人工岩心的精度，提高测量的准确性和可靠性的人工岩心制作模具及方法。

为达到上述目的，所采取的技术方案是：

一种人工岩心制作模具，包括模框，其包括对应开合设置的左模框和右模框，所述左模框和右模框之间设置有连接组件；模套，其包括至少两片对应设置的模瓣套，所述模瓣套对应拼合，且在所述模瓣套中部形成模腔；以及分别设置在所述模套的上下端的压头和堵盖；在所述左模框和右模框之间至少配置一个容纳腔，所述模套匹配设置在所述容纳腔内。

所述模框上并排设置有至少三个容纳腔，各所述容纳腔内均对应设置有模套，所述容纳腔的内侧壁上与所述模套的外侧壁上设置有对应的限位槽和限位凸台。

所述连接组件包括开设在所述左模框和所述右模框之间的连接孔、和匹配设置在所述连接孔内的连接螺钉。

所述连接孔包括依次设置的沉槽段、定位段和螺纹段；其中，所述定位段为两部分，并分别设置在所述左模框和所述右模框上；所述连接螺钉包括依次设置的螺帽、定位柱和螺柱。

还包括养护组件，所述养护组件设置在所述模框内，并通过所述养护组件对模套进行加热养护。

所述养护组件包括：养护流道；设置在所述养护流道内的热介质；和加热机构，通过所述加热机构对热介质加热至养护温度，并经过所述养护流道，对所述模套和岩心进行养护。

所述加热机构内置于所述模框内，并直接对所述养护流道内的热介质加热；或所述加热机构置于所述模框外侧，且所述热介质在所述加热机构与所述养护流道之间循环流动。

所述模框上设置有养护槽，所述养护槽内匹配扣设有养护壳体，所述养护壳体与所述养护槽之间形成养护流道。

一种人工岩心制作方法，利用上述的人工岩心制作模具进行的人工岩心制作方法，包括以下步骤：

a、根据模腔的体积和原材料样品非压实的体积密度，确定各模腔内添加的原材料样品质量；

b、组配人工岩心制作模具，并定量向各模腔中加入原材料样品，由压头和堵盖实现上下两端的封堵；

c、将整个人工岩心制作模具移入压机中，并以平稳的速度对压头施压至设定值，并保压；待保压完成后，快速卸载压力；

d、对人工岩心制作模具进行恒温养护，并冷却。

其保压时间为1-5min，其恒温养护的时间为12h～36h；待养护完成后，在20～40℃的烘箱温度下定型，并通过放置在常温的干燥器内完成冷却。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本发明整体结构设计合理，其通过模框和模套的分体式结构设计，从而能够大大提高产品的装配精度和脱模效率，实现单次实验的多组人工岩心的性能无差异制作，且能够保障最终的测量结果的准确性和可靠性，便于对现有技术中的技术问题进行有效的、突破性的研究。

本申请具有脱模效率高，岩心质量可靠，且能够实现重复利用，其结合养护组件的设置，能够实现岩心的施压、养护、成型为一体的结构设计，从而能够为探索新的岩心制作工艺提供更为有效的途径，针对加热养护时机、养护时间和养护地点，均能够实现灵活的多方位调整、协作，从而使得人工岩心的实验和应用得到了进一步的扩展，便于整个行业和科研领域的进一步发展。

附图说明

图1为本发明人工岩心制作模具的结构示意图。

图2为模框的剖视结构示意图之一。

图3为连接螺钉的结构示意图。

图4为模瓣套的结构示意图。

图5为图4的俯视结构示意图。

图6为堵盖的结构示意图。

图7为图6的俯视结构示意图。

图8为模框的剖视结构示意图之二。

图9为图8中沿a-a向的展开结构示意图。

图10为模框的剖视结构示意图之三。

图11为养护壳体和加热机构的结构示意图。

图12为图11的仰视结构示意图。

图13为过滤片的结构示意图。

图14为图13的俯视结构示意图。

图中序号：100为模框、110为左模框、120为右模框、130为连接孔、131为沉槽段、132为定位段、133为螺纹段、140为连接螺钉、141为螺帽、142为定位柱、143为螺柱、150为容纳腔、151为限位槽、161为养护流道、162为养护壳体、163为密封板、164为电加热棒、165为养护槽、200为模套、210为模瓣套、211为限位凸台、300为压头、400为堵盖、500为岩心、600为过滤片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

参见图1-图7，一种人工岩心制作模具，包括模框100、模套200、以及分别设置在模套200的上下端的压头300和堵盖400；其模框100包括对应开合设置的左模框110和右模框120，左模框110和右模框120之间通过连接组件固定在一起；其模套200包括至少两片对应设置的模瓣套210，本实施例中采用两片模瓣套，两片模瓣套210对应拼合，且在模瓣套210中部形成模腔，用于制造岩心500；在左模框110和右模框120之间至少配置一个容纳腔150，模套200匹配设置在容纳腔150内，本实施例根据在进行岩心性能试验时对人工岩心的需求数量，选取在模框上设置三个容纳腔150，即在模框100上并排设置三个容纳腔150，各容纳腔150内均对应设置有模套200，容纳腔的内侧壁上与模套的外侧壁上设置有对应的限位槽151和限位凸台211，其中堵盖位于模框下部，其其中一部分与模腔对应嵌入一部分，提高定位效果和整个装配的稳定性；其压头呈t字型，其中一部分匹配嵌入模腔，顶部承压。

为了进一步的提高整个模框的装配精度，通过连接组件实现左模框和右模框的定位和固定，其连接组件的具体结构包括开设在左模框110和右模框120之间的两连接孔130、和匹配设置在连接孔130内的连接螺钉140。

其连接孔130包括依次设置的沉槽段131、定位段132和螺纹段133；其中，定位段132为两部分，并分别设置在左模框110和右模框120上，沉槽段和螺纹段分别设置在左模框和右模框上；连接螺钉140包括依次设置的螺帽141、定位柱142和螺柱143。

本申请人工岩心制作模具还通过一体化设置养护组件，从而通过将养护组件设置在模框内，并通过养护组件对模套进行加热养护。

养护组件包括养护流道161、设置在养护流道内的热介质和加热机构，通过加热机构对热介质加热至养护温度，并经过养护流道，对模套和岩心进行养护，还可以通过在模框上设置隔热槽和保温槽，在其内设置隔热材料和保温材料，提高热利用率。

对于养护组件的具体的结构，其可以分为多种不同的形式，其中一种形式为如图8和图9所示，在左模框和右模框上均开设与容纳腔对应的养护流道，每一个独立工作的养护流道均具有一个进液口和两个出液口，加热机构置于模框外侧，且热介质通过泵送组件实现在加热机构与养护流道之间循环流动，如通过加热机构对热介质进行加热，其热介质可以为水或油，通过泵和输送管路对热介质进行泵送，从而实现对岩心的养护，为了便于养护流道的加工，可以通过穿透模框的上下端，并进行工艺孔的封堵，或者直接一体成型。

其另一种结构形式如图10-图12所示，其加热机构内置于模框内，并直接对养护流道内的热介质加热，具体的结构为，在模框上设置养护槽，养护槽162内匹配扣设有养护壳体162，养护壳体162与养护槽之间形成养护流道，其养护壳体162内侧设置有密封板163，并匹配嵌设在所述养护槽中，电加热棒设置在养护壳体上，并深入养护槽内，在养护槽内冲满热介质，从而通过电加热棒的工作，实现对岩心的养护。

本申请还公开了一种人工岩心制作方法，利用上述实施例中的人工岩心制作模具进行的人工岩心制作方法，包括以下步骤：

a、根据模腔的体积和原材料样品非压实的体积密度，确定各模腔内添加的原材料样品质量；

b、组配人工岩心制作模具，并定量向各模腔中加入原材料样品，由压头和堵盖实现上下两端的封堵；

c、将整个人工岩心制作模具移入压机中，并以平稳的速度对压头施压至设定值，并保压；待保压完成后，快速卸载压力；

d、对人工岩心制作模具进行恒温养护，并冷却。

其保压时间为1-5min，其恒温养护的时间为12h～36h；待养护完成后，在20～40℃的烘箱温度下定型，并通过放置在常温的干燥器内完成冷却。

其中关于养护的问题，其可以采用外置的水浴养护，或者内置的养护组件的养护，对于外置的水浴养护需要频繁的挪动人工岩心制作模具，且养护的时机与施压等其他工序的相分离，不具备协同作业的工艺特点，采用养护组件的养护，能够进一步的促进新的、更具实用性的人工岩心制作工艺的研究和探索。

具体的，针对涂覆类型可固化产品对其制作和性能测定进行以下详细说明：对其进行岩心的制作和抗压强度的测定，抗压强度旨在确定涂覆类型可固化产品中岩心结块后的强度。

所需材料和设备有：天平(精度0.01g)、液压机(精度为±0.5％)、水浴槽(66℃±1℃)、烘箱(230℃±1℃)、人工岩心制作模具、金属烧杯或称量皿、秒表(精确度5s)、游标卡尺(精确度±0.02mm)、干燥器、滤纸(直径ф2.5cm)、医用针管(精度0.01ml)、金属漏斗。

人工岩心的配制方法：

测量实验中涂覆类型可固化样品的非压实的体积密度。

岩心制作装置内样品直径为2.50cm±0.02cm，非压实高度为3.00cm±0.02cm，在一个内径为ф25mm的岩心装置内，需要14.72cm³，不同体积密度的支撑剂，所需用量也不同。

计算涂覆类型可固化样品的不同体积密度岩心实验的样品质量mn(近似到0.01g)。

mn＝14.72ρbulk

式中：mn—支撑剂样品质量，g；

ρbulk—体积密度，g/cm³。

用分样器将样品减至规定值后，并称量出样品质量mn，医用针管中装满1ml蒸馏水。

将一片滤纸铺至岩心制作装置底部，将金属漏斗固定在方形架台，漏斗底部高于岩心制作装置底部3.20cm±0.02cm，先将称量好样品的1/2量倒入漏斗内，等涂覆类型可固化样品完全平铺于制作装置后，用医用针管将水均匀的喷洒在样品上，最后将剩余1/2样品完全倒入岩心制作装置中，将样品完全倒完后移出金属漏斗，再将一片滤纸铺至岩心制作装置顶部，将压头放置岩心装置中。

小心地托起岩心制作装置并直接放入压机内，令其正对压机扶正盘之下。不要摇动或颠簸，因为这样可能会使支撑剂充填下沉，加压时导致颗粒充填形态发生变化或颗粒重新排列。

以平稳的速度给岩心制作装置的压头加压至2kn,加载时间小于1min，保持该压力2min，快速卸载压力，取出压头放入过滤片600，其过滤片的结构如图13和图14所示。

依据固化温度来选取养护设备，室温-66℃选择采用恒温水浴；大于66℃选择烘箱养护设备。高温高压装置制备岩心养护时间为24h，养护完成后应在30℃烘箱中放置1h然后在干燥器内冷却，每组试样不得少于3块。

抗压强度测定：

样品的规格直径为2.50cm±0.10cm；长度为2.50cm±0.10cm。

测量试样的直径和长度，取值应精确到0.01cm。

如长度超过要求可以进行轻微处理，两端面研磨平并保持平行，岩心表面不应有缺损或裂纹，测定前应将试样表面的杂质颗粒清除干净。

小心地托起岩心直接放入压机内，令其正对压机扶正盘之下。以平稳的速度加压至破碎，取最大峰值。

计算抗压强度，计算结果应精确到0.01mpa，在同样的方法下，进行3次实验，平均值作为结果。

式中：pc—抗压强度，mpa；

fc—破坏时瞬时载荷，n；

a—实测横截面积值，cm²。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。