本发明涉及资源勘探、石油开采
技术领域：
，具体涉及一种人造泥岩岩心及其制备方法和应用
背景技术：
：在油田勘探和开发生产中，许多问题的解决离不开岩心实验。目前，由于天然岩心来源和规格尺寸的限制，各单位进行岩心实验时除少数采用天然岩心外，绝大多数实验均采用人造岩心。常用人造岩心制作方法包括石英砂充填、磷酸铝石英烧结、石英砂环氧树脂胶结以及黏土胶结刚玉砂经烧结等。例如cn204532344u公开了一种人造岩心，由石英砂环氧树脂胶结而成。cn103868772b一种用于岩石可钻性测试的人造岩心制备方法，利用粘土制备胶结物；使用滑石、石膏、方解石制备造岩矿物，最终得到具有一定可钻性级值的人造岩心。上述方法制备得到的人造岩心渗透率一般在100md以上，孔隙度在20-30％左右，能够有效解决高孔渗地层所面临的问题。然而，对于天然泥页岩来说，其渗透率低，孔隙度小，一般渗透率在0.01-0.001md左右，孔隙度小于10％，而现有技术模拟这种低孔低渗泥岩岩心相对困难，因此，需要制备一种渗透率低、孔隙度小的人造岩心，使其在室内模拟实验时尽可能接近天然泥页岩。技术实现要素：鉴于现有技术中存在的不足，本发明提供了一种人造泥岩岩心及其制备方法和应用，制备出一种具有完好外观且具有天然岩心的成分特性、孔隙特性、渗透特性的低孔低渗模拟岩心，可代替天然岩心进行钻井工程措施的室内模拟实验，填补了无天然岩心就无法进行室内实验的空白，对油田的长远发展提供技术支撑。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：第一方面，本发明提供了一种人造泥岩岩心，按质量份计，所述人造泥岩岩心包括以下组分：根据本发明，所述人造泥岩岩心中含有黏土矿物材料10-60份，例如可以是10份、15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份、55份或60份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。根据本发明，所述人造泥岩岩心中含有胶结剂30-80份，例如可以是30份、35份、40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份、75份或80份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。根据本发明，所述人造泥岩岩心中含有无机纳米材料10-40份，例如可以是10份、15份、20份、25份、30份、35份或40份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。根据本发明，所述人造泥岩岩心中含有石英砂30-160份，例如可以是30份、40份、50份、60份、70份、80份、90份、100份、110份、120份、130份、140份、150份或160份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。作为优选的技术方案，按质量份计，所述人造泥岩岩心包括以下组分：作为进一步优选的技术方案，按质量份计，所述人造泥岩岩心包括以下组分：根据本发明，所述人造泥岩岩心还包括盐水40-200份，例如可以是40份、70份、100份、130份、150份、180份或200份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。根据本发明，所述盐水中含有氯化钾、氯化钠、氯化钙或氯化镁中的至少一种。根据本发明，所述盐水的浓度为2-15wt％，例如可以是2wt％、4wt％、6wt％、8wt％、10wt％、12wt％或15wt％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。根据本发明，所述黏土矿物材料为高岭石、蒙脱石、伊利石或绿泥石中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是高岭石、蒙脱石、伊利石或绿泥石中的任意一种，典型但非限定性的组合为：高岭石和蒙脱石，高岭石和伊利石，高岭石和绿泥石，蒙脱石和伊利石，伊利石或绿泥石，高岭石、蒙脱石和伊利石，高岭石、蒙脱石、伊利石和绿泥石等，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。根据本发明，所述胶结剂为邻苯二甲酸二丁酯、乙二胺、丙酮、环氧树脂以及硅酸盐的混合物。根据本发明，所述邻苯二甲酸二丁酯、乙二胺、丙酮、环氧树脂以及硅酸盐的质量比为(1-10):(1-10):(1-10):(20-40):(20-40)，例如可以是1:1:1:20:20、1:3:5:20:20、1:5:8:25:25、1:8:10:30:30、3:8:3:35:20、5:5:7:30:40、5:1:2:25:35、8:5:5:40:20或10:10:10:40:40，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。根据本发明，所述无机纳米材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅或纳米二氧化钛中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是纳米碳酸钙、纳米二氧化硅或纳米二氧化钛中的任意一种，典型但非限定性的组合为：纳米碳酸钙和纳米二氧化硅，纳米碳酸钙和纳米二氧化钛，纳米二氧化硅和纳米二氧化钛，纳米碳酸钙、纳米二氧化硅和纳米二氧化钛。根据本发明，所述石英砂的粒度为20-160目，例如可以是20目、40目、60目、80目、100目、120目、140目或160目，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。本发明所述石英砂应用时优选为不同粒度的混合，例如可以是20-40目、40-60目、60-80目、80-100目、100-120目或120-160目中的至少两种的组合。第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的人造泥岩岩心的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)按配方量将无机纳米材料和石英砂混合搅拌均匀，得到人造泥岩岩心骨架材料；(2)按配方量将稀释的胶结剂与步骤(1)得到的人造泥岩岩心骨架材料均匀混合，形成具有薄层胶膜的骨料；(3)按配方量将黏土矿物材料搅拌均匀，将其和步骤(2)得到的具有薄层胶膜的骨料混合搅拌均匀，使黏土矿物材料粘附在骨料表面，将黏土矿物材料层润湿后得到黏土骨料；(4)将步骤(3)得到的黏土骨料填入人造岩心模具中，使骨料分布均匀，然后使用振动压实装置压实；(5)将步骤(4)压实后的人造岩心模具密封，进行水浴养护，使模具中的岩心固化，固化完成后打开模具，对人造岩心的端面进行修整后，得到人造泥岩岩心。根据本发明，按质量份计，步骤(2)中用盐水将胶结剂稀释，所述盐水的加入量为20-100份，例如可以是20份、30份、40份、50份、60份、70份、80份、90份或100份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。根据本发明，步骤(3)在骨料表面喷洒盐水，使包裹骨料的黏土矿物材料层被水润湿，所述盐水的喷洒量为20-100份，例如可以是20份、30份、40份、50份、60份、70份、80份、90份或100份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。根据本发明，步骤(4)所述压实的方式为采用振动压实装置边振动边压实，压实时的压力为5-20mpa，例如可以是5mpa、8mpa、10mpa、12mpa、15mpa、18mpa或20mpa，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。根据本发明，步骤(4)所述压实时的时间为10-60min，例如可以是10min、20min、30min、40min、50min或60min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。根据本发明，步骤(5)所述水浴养护指将所得材料置于水浴锅中进行养护，温度为25-80℃，例如可以是25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃或80℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。根据本发明，步骤(5)所述水浴养护的时间为3-7d(天)，例如可以是3d、4d、5d、6d或7d，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。本发明步骤(5)中对人造岩心模具密封的方式不做特殊限定，只要能达到密封的目的即可，例如可以是使用橡皮塞堵住将模具两头堵住，但非仅限于此。第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的人造泥岩岩心的应用，所述人造泥岩岩心应用于钻井工程措施的室内模拟实验。根据本发明，所述人造泥岩岩心优选应用于实验室钻井液性能评价。与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明从天然岩心物性特征出发，通过对天然岩心的组份、孔隙度及渗透率的分析，筛选相关的骨架材料、胶黏剂和黏土矿物，制备得到人造泥岩岩心，该人造泥岩岩心外观完好，渗透率低、孔隙度小，具备天然泥岩岩心的物性特性，可代替天然泥岩岩心进行各种室内模拟实验，为油田勘探开发提供技术支撑。具体实施方式为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。实施例1按质量份计，本实施例提供的人造泥岩岩心包括以下组分：按照以下方法制备上述人造泥岩岩心：(1)将纳米碳酸钙10份、20-40目石英砂30份、60-80目石英砂40份和120-160目石英砂10份混合，充分搅拌均匀，得到人造泥岩岩心骨架材料；(2)用30份浓度为6wt％的氯化钾盐水将80份胶结剂稀释，然后与步骤(1)得到的骨架材料混合，搅拌均匀，尽可能将骨架材料与胶结物均匀混合，形成具有薄层胶膜的骨料；所述胶结剂由邻苯二甲酸二丁酯、乙二胺、丙酮、环氧树脂以及硅酸盐按照1:2:2:20:30的比例混合而成；(3)将高岭石20份和蒙脱石10份混合后搅拌均匀，形成人造泥岩岩心黏土矿物材料，将所得材料与步骤(2)得到的具有薄层胶膜的骨料混合搅拌均匀，使黏土矿物材料粘附在骨料表面，用雾化器将15份浓度为6wt％的氯化钾盐水均匀喷洒在砂料上，使包裹骨料的黏土矿物材料层被水润湿，形成均匀的黏土骨料；(4)将步骤(3)得到的黏土骨料填入人造岩心模具中，在填入过程中，不断地将填料修复平整，使骨料分布均匀，填料结束后，采用振动压实装置用10mpa的压力边振动边压实，压实30min，达到压实时间后，卸掉压力，取出岩心模具；(5)将取出的岩心模具两头用橡皮塞堵住，置入水浴锅中，在50℃下养护7d，使模具中的岩心固化，固化完成后将模具容器打开，用专用工具对固化结束后的岩心两端面进行修整，即可得到所要求的人造泥岩岩心。实施例2按质量份计，本实施例提供的人造泥岩岩心包括以下组分：按照以下方法制备上述人造泥岩岩心：(1)将纳米碳酸钙10份、60-80目石英砂30份、100-120目石英砂20份和120-160目石英砂40份混合，充分搅拌均匀，得到人造泥岩岩心骨架材料；(2)用30份浓度为6wt％的氯化钾盐水将70份胶结剂稀释，然后与步骤(1)得到的骨架材料混合，搅拌均匀，尽可能将骨架材料与胶结物均匀混合，形成具有薄层胶膜的骨料；所述胶结剂由邻苯二甲酸二丁酯、乙二胺、丙酮、环氧树脂以及硅酸盐按照2:2:2:30:30的比例混合而成；(3)将高岭石10份和蒙脱石20份混合后搅拌均匀，形成人造泥岩岩心黏土矿物材料，将所得材料与步骤(2)得到的具有薄层胶膜的骨料混合搅拌均匀，使黏土矿物材料粘附在骨料表面，用雾化器将20份浓度为6wt％的氯化钾盐水均匀喷洒在砂料上，使包裹骨料的黏土矿物材料层被水润湿，形成均匀的黏土骨料；(4)将步骤(3)得到的黏土骨料填入人造岩心模具中，在填入过程中，不断地将填料修复平整，使骨料分布均匀，填料结束后，采用振动压实装置用10mpa的压力边振动边压实，压实30min，达到压实时间后，卸掉压力，取出岩心模具；(5)将取出的岩心模具两头用橡皮塞堵住，置入水浴锅中，在50℃下养护7d，使模具中的岩心固化，固化完成后将模具容器打开，用专用工具对固化结束后的岩心两端面进行修整，即可得到所要求的人造泥岩岩心。实施例3按质量份计，本实施例提供的人造泥岩岩心包括以下组分：按照以下方法制备上述人造泥岩岩心：(1)将纳米碳酸钙10份、20-40目石英砂40份、40-60目石英砂20份和60-80目石英砂40份混合，充分搅拌均匀，得到人造泥岩岩心骨架材料；(2)用30份浓度为6wt％的氯化钾盐水将70份胶结剂稀释，然后与步骤(1)得到的骨架材料混合，搅拌均匀，尽可能将骨架材料与胶结物均匀混合，形成具有薄层胶膜的骨料；所述胶结剂由邻苯二甲酸二丁酯、乙二胺、丙酮、环氧树脂以及硅酸盐按照2:1:3:30:20的比例混合而成；(3)将蒙脱石10份和伊利石30份混合后搅拌均匀，形成人造泥岩岩心黏土矿物材料，将所得材料与步骤(2)得到的具有薄层胶膜的骨料混合搅拌均匀，使黏土矿物材料粘附在骨料表面，用雾化器将20份浓度为6wt％的氯化钾盐水均匀喷洒在砂料上，使包裹骨料的黏土矿物材料层被水润湿，形成均匀的黏土骨料；(4)将步骤(3)得到的黏土骨料填入人造岩心模具中，在填入过程中，不断地将填料修复平整，使骨料分布均匀，填料结束后，采用振动压实装置用10mpa的压力边振动边压实，压实30min，达到压实时间后，卸掉压力，取出岩心模具；(5)将取出的岩心模具两头用橡皮塞堵住，置入水浴锅中，在50℃下养护7d，使模具中的岩心固化，固化完成后将模具容器打开，用专用工具对固化结束后的岩心两端面进行修整，即可得到所要求的人造泥岩岩心。对比例1按质量份计，本对比例提供的人造泥岩岩心包括以下组分：按照以下方法制备上述人造泥岩岩心：(1)将纳米碳酸钙10份、60-80目石膏粉30份、100-120目石膏粉20份和120-160目石膏粉40份混合，充分搅拌均匀，得到人造泥岩岩心骨架材料；(2)用30份浓度为6wt％的氯化钾盐水将70份胶结剂稀释，然后与步骤(1)得到的骨架材料混合，搅拌均匀，尽可能将骨架材料与胶结物均匀混合，形成具有薄层胶膜的骨料；所述胶结剂由邻苯二甲酸二丁酯、乙二胺、丙酮、环氧树脂以及硅酸盐按照2:2:2:30:30的比例混合而成；(3)将高岭石10份和蒙脱石20份混合后搅拌均匀，形成人造泥岩岩心黏土矿物材料，将所得材料与步骤(2)得到的具有薄层胶膜的骨料混合搅拌均匀，使黏土矿物材料粘附在骨料表面，用雾化器将20份浓度为6wt％的氯化钾盐水均匀喷洒在砂料上，使包裹骨料的黏土矿物材料层被水润湿，形成均匀的黏土骨料；(4)将步骤(3)得到的黏土骨料填入人造岩心模具中，在填入过程中，不断地将填料修复平整，使骨料分布均匀，填料结束后，采用振动压实装置用10mpa的压力边振动边压实，压实30min，达到压实时间后，卸掉压力，取出岩心模具；(5)将取出的岩心模具两头用橡皮塞堵住，置入水浴锅中，在50℃下养护7d，使模具中的岩心固化，固化完成后将模具容器打开，用专用工具对固化结束后的岩心两端面进行修整，得到人造泥岩岩心。性能检测：参照中国石油天然气行业标准sy/t5336-1996岩心常规分析方法和压汞方法，将实施例1-3和对比例1所制备的人造泥岩岩心进行了岩心测试实验，实验结果如表1、表2所示：表1编号孔隙度(％)气测渗透率(md)实施例19.30.019实施例27.00.0037实施例38.50.015对比例115.62.89表2对比可知，实施例2制备的泥岩岩心物性参数接近天然泥岩岩心，可以替代天然泥岩岩心进行相关的测试实验；从实施例1、实施例2和实施例3物性对比来看，可以通过控制组份中黏土材料的配比，骨料的颗粒匹配和胶结剂的添加量来调整人造泥岩岩心的物性，来达到所需天然岩心的物性要求。申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属
技术领域：
的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。当前第1页12