一种发育次生孔隙的人造碳酸盐岩岩心及其制备方法与流程

本发明涉及一种发育次生孔隙的人造碳酸盐岩岩心及其制备方法，属于碳酸盐岩油气田开发领域。

背景技术：

碳酸盐岩油气田是全球油气资源的重要组成部分，为提高这类油藏开发效果，不可避免的需要在室内对碳酸盐岩油藏内流体的渗流过程和渗流规律进行实验研究。目前，室内实验岩样的获取主要有三种途径：一是油藏取心，这类岩心获取手段由于油藏取心成本高，取心数量有限，原始油藏取心数量很难满足室内实验要求；二是源自野外露头，这类岩心在岩石组分、孔隙度和渗透率上，很难与目标油藏保持一致，而且野外露头寻找周期长，成本高；三是人造岩心，人造的优势在获取简单，可重复制作，而且在一定程度上可以控制岩心矿物组分、孔隙度和渗透率。因此，利用人造岩心进行物理模拟实验，探索碳酸盐岩渗流介质渗流规律，研究碳酸盐岩油藏开发特征，是未来碳酸盐岩油气藏研究的重要手段。

目前应用的人造碳酸盐岩岩心有碳酸盐岩石粉烧结和碳酸盐岩石粉环氧树脂胶结两种制作方式。烧结岩心原理是将选定的石粉与胶结剂按比例混合后烧结而成。这类岩心的孔隙空间，除了原生的粒间孔外，由于在烧结的过程中caco3受高温分解，会形成部分次生孔隙，其孔隙结构更贴近真实碳酸盐岩储层。但是受目前技术条件限制，烧结岩心的强度较弱，无法满足室内高温高压的实验要求。胶结岩心原理是把选定的石粉与胶结物(环氧树脂、邻苯二甲酸二丁酯、乙二胺、丙酮)混合，再加温加压制作而成。这种岩心制作的过程中不存在化学变化，其孔隙空间均为原生的粒间孔，不存在次生孔隙。但真实的碳酸盐岩储层成岩后，还会经历溶解作用、交代作用、压溶作用等成岩后生作用的改造，形成溶孔、溶洞、晶间孔隙等复杂的次生孔隙。这些次生孔隙的出现极大的改变了碳酸盐岩储层的储集规律、渗流规律和渗流过程。

由此可知，目前人造碳酸盐岩岩心的制作方法均无法满足油气藏物理模拟对碳酸盐岩渗流介质的需要，导致碳酸盐岩多孔介质室内物理模拟难以准确刻画碳酸盐岩储层的渗流特征。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种发育次生孔隙的人造碳酸盐岩岩心及其制备方法，本发明以人造碳酸盐岩胶结岩心为基础，通过酸液酸蚀实验，分别实现了人造碳酸盐岩岩心原生孔隙和次生孔隙的定量控制，能制作发育次生孔隙的人造碳酸盐岩岩心，应用于油田开发研究领域和/或碳酸盐岩介质中渗流现象有关的研究领域中。

本发明提供的一种发育次生孔隙的人造碳酸盐岩岩心的制备方法，包括如下步骤：

(1)根据油藏地质数据，分析岩心资料和薄片资料，得到原始目标储层中岩心矿物的类型数据；

所述岩心矿物的类型数据包括岩心矿物的种类、各类矿物的体积百分数，以及岩心的原生孔隙度、次生孔隙度和渗透率；

(2)根据步骤(1)中获得的所述岩心矿物的类型数据，确定白云岩石粉和灰岩石粉的体积百分比及不同粒径的白云岩石粉和灰岩石粉的体积百分比；

(3)将步骤(2)中所述的白云岩石粉和灰岩石粉与胶结剂混合后浇筑在模具中，进行整体压实并加热固化，得到具有原生孔隙的原生孔隙度和渗透率的人造碳酸盐岩岩心；

(4)把步骤(3)中得到的所述的人造碳酸盐岩岩心置于真空环境中，然后将酸液加入所述的人造碳酸盐岩岩心上进行反应，反应过程中监测酸蚀后所述的人造碳酸盐岩岩心的次生孔隙度和渗透率，直至达到步骤(1)中所述岩心矿物的次生孔隙度和渗透率，即得到发育次生孔隙的人造碳酸盐岩岩心。

本发明中，所述油藏地质数据由根据本领域公知的方法测得，根据本领域公知的方法分析岩心资料和薄片资料即可获得所述原始目标储层中岩心矿物的类型数据。

上述的制备方法中，所述白云岩石粉和灰岩石粉经xrd矿物组分化验的纯度为98％以上；

所述白云岩石粉和灰岩石粉的粒径为20目～600目。

上述的制备方法中，步骤(2)中所述不同粒径的白云岩石粉和灰岩石粉的体积百分比根据如下式ⅰ计算得到：

式ⅰ中，vij表示人造碳酸盐岩岩心中粒径为j的岩心矿物i的体积用量，单位为cm³；表示储层中岩心矿物i的体积百分数，％；ρi表示人造岩心中矿物i的密度，单位为g/cm³；wj表示储层中粒径为j条件下所含岩心矿物的质量分数；v表示所采用的岩心模具的体积，单位为cm³。

上述的制备方法中，所述白云岩石粉和灰岩石粉与胶结物的质量比为85～95：5～15。

上述的制备方法中，所述胶结物由如下重量份数组分组成：环氧树脂1份、邻苯二甲酸二丁酯0.05～1.7份、乙二胺0.005～0.5份、丙酮0.5～4份；具体如环氧树脂1份、邻苯二甲酸二丁酯0.3份、乙二胺0.05份、丙酮0.9份。

上述的制备方法中，所述酸液选自甲酸和/或柠檬酸的溶液；

所述酸液的质量百分浓度为2～15％；具体地可为浓度为3％的甲酸或10％的柠檬酸。

上述的制备方法中，步骤(4)具体为将所述的人造碳酸盐岩岩心钻柱后置于真空抽滤瓶内，启动真空泵，抽真空后打开细颈阀门让酸液迅速进入抽滤瓶内的岩样中；反应开始后每隔一段时间取出一块酸蚀岩样，烘干重新测量岩样孔隙度和渗透率，直到筛选出符合实验要求的发育次生孔隙的人造碳酸盐岩岩心。

上述的制备方法中，所述抽真空的时间可为3～5小时，具体可为4小时；

所述反应开始后每隔0.5～1.5小时取出一块酸蚀岩样，具体可为1小时。

本发明中，所述的人造碳酸盐岩岩心钻柱后得到直径为2.5cm的标准岩心柱，本领域公知的常识；

测量岩样孔隙度和渗透率的方法为本领域公知的方法测定。

本发明还提供了上述的制备方法制备得到的发育次生孔隙的人造碳酸盐岩岩心。

本发明所述发育次生孔隙的人造碳酸盐岩岩心应用于油田开发研究领域和/或碳酸盐岩介质中渗流现象有关的研究领域中。

本发明具有以下优点：

1、本发明提供了一套技术方法，使人们利用人造碳酸盐岩岩心研究油气藏渗流特征和开发规律成为可能。

2、利用胶结人造岩心技术和岩心酸蚀方法分别实现了人造碳酸盐岩岩心原生孔隙和次生孔隙的定量控制。

3、本发明的先进性表现在如下方面：胶结法制作的人造碳酸盐岩岩心在强度上能够满足室内实验对岩心强度的需求，而且岩心岩石组分、孔隙度、渗透率可定量控制；利用岩心酸蚀技术，可以定量控制岩心次生孔隙发育程度。

4、本发明给出了定量化、可操作的技术方法和实施步骤。

5、本发明不仅适用于油田开发研究领域，还可以供其它与碳酸盐岩介质中渗流现象有关的研究领域使用和参考，例如co2埋藏等。

附图说明

图1为制作方法流程图。

图2为甲酸(3％)与人造碳酸盐岩岩心反应孔隙度变化特征。

图3为甲酸(3％)与人造碳酸盐岩岩心反应渗透率变化特征。

图4为柠檬酸(10％)与人造碳酸盐岩岩心反应孔隙度变化特征。

图5为柠檬酸(10％)与人造碳酸盐岩岩心反应渗透率变化特征。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例、

制作流程如图1所示。

(1)储层地质资料分析

根据油藏地质数据，分析岩心资料和薄片资料，获取原始目标储层中岩心矿物的种类、各类矿物的体积百分数，以及目标岩心的原生孔隙度、次生孔隙度和渗透率。

具体分析一个目标岩样：通过xrd测试，目标岩心为纯组分灰岩；薄片资料显示岩心原生孔隙度为17％，次生孔隙度为3％；岩心渗透率为231md。

(2)石粉选择

根据目标储层的岩心矿物类型，按比例定量控制白云岩和灰岩两种矿物间的配比。上述白云岩和灰岩的矿物原料获取，可通过野外露头获取，也可商购，无论哪种方式，均需要在获取后进行xrd矿物组分化验，要求白云岩和灰岩的纯度高达98％以上，以保证人造岩心在岩石组分性质上与目标储层一致。

所备石粉目数范围为20目～600目，石粉目数的体积用量由公式(1)计算：

公式(1)中，vij表示人造碳酸盐岩岩心中，粒径为j的岩心矿物i的体积用量，单位为cm³；表示储层中岩心矿物i的体积百分数，％；ρi表示人造岩心中矿物i的密度，单位为g/cm³；wj表示储层中粒径为j条件下所含岩心矿物的质量分数；v表示所采用的岩心模具的体积，单位为cm³。

以上述测定的目标岩心(纯组分灰岩)为例，所购石粉为纯组分方解石；由公式(1)计算可知，对原生孔隙度为17％的胶结岩心，所需80目的灰岩石粉30％，200目石粉70％。

(3)胶结岩心制作

该岩心由碳酸盐岩石粉和胶结物组成，碳酸盐岩石粉和胶结物按重量百分比配比：碳酸盐岩石粉90％，胶结物10％。其中胶结物按重量份数组成为：环氧树脂1份、邻苯二甲酸二丁酯0.3份、乙二胺0.05份、丙酮0.9份。将所述碳酸盐岩石粉按照上述步骤(2)计算的各粒径条件下的体积用量混合，然后与胶结物搅拌混合均匀。将混合均匀后得到的混合物注入模具使其均匀分布，浇筑完成后，对模具中的浇注材料进行整体压实，施压5～50min使其成型。然后对压实成型后的样品进行加热至环氧树脂完全固化，得到胶结的人造碳酸盐岩岩心。

(4)酸液选择

酸液的选择上，调研的酸液有盐酸、甲酸、醋酸、硫酸和柠檬酸。其中盐酸与方解石反应速率过快，侵入岩心内部的酸液与沿程方解石反应，进入岩心内部的酸液主要是盐酸与方解石反应后的废液，致使岩心内部次生孔隙几乎不发育，但岩样表面与酸液反应剧烈，最终造成岩心的非均匀溶蚀，与真实碳酸盐岩储层差距较大，因此盐酸不适合次生孔隙的制作。其次，对于硫酸，硫酸与方解石反应速率较快，而且生成的硫酸钙溶解度小，会阻止酸蚀反应的进一步进行，因此硫酸并不适合次生孔隙的制作。醋酸与方解石的反应速率较慢，酸液可以充分进入岩心与内部方解石反应形成次生孔隙，但由于该反应可逆，反应一段时间达到平衡后，酸蚀次生孔隙不再生成，因此醋酸也不适合次生孔隙的制作。甲酸酸性较强，且与盐酸相比，反应速率较慢，酸液有充分的时间进入岩心内部，因此，推荐为制作次生孔隙岩心的首选酸液。柠檬酸酸性弱，与方解石的反应速率较慢，完全符合岩心整体酸蚀的要求，因此柠檬酸适用于酸蚀岩心制作。但是由于柠檬酸酸性较弱，只适用于次生孔隙发育较弱的岩心。

通过实验对比，认为当储层岩心次生孔隙比较发育时，推荐的酸液为浓度为3％的甲酸(图2、图3)；当次生孔隙发育较弱时，推荐的酸液为浓度为10％的柠檬酸(图4、图5)。

(5)酸蚀岩心

将同一批次的多个人造胶结岩心同时置于真空抽滤瓶，启动真空泵，真空4小时后从细颈吸入配好的酸液，当岩心完全浸没在酸液之后关闭细颈阀门继续抽真空。反应开始之后，每隔一段时间取出一块酸蚀岩样，将取出的酸蚀岩样烘干后重新测量岩样的孔隙度和渗透率。通过测量不同时间下酸蚀岩样的孔隙度和渗透率，就可以筛选出符合实验要求的发育次生孔隙的人造碳酸盐岩岩心。