一种制样装置

1.本发明涉及油气勘探技术领域，尤其涉及一种制样装置。


背景技术：

2.随着世界碳酸盐岩油气储层的不断勘探与开发，深层海相碳酸盐岩大油气田已逐渐成为油气勘探开发的重要领域，其在全球探明的油气储量中占据60％的比例。由于其具有展布广、厚度均一稳定、物性好等优点，因而其具有杰出的开采潜力。然而，碳酸盐岩储层的特点是：埋藏深、超高温、超高压、非均质性强和孔隙缝洞发育等，而深层油气资源主要储存于碳酸盐岩复杂的缝洞储集体孔隙缝洞结构中，这就导致了其的开采难度较大，大部分井需要进行储层压裂改造才能达到增产的目的。因此，深入研究天然孔洞和天然裂缝对裂缝起裂与扩展的影响，对碳酸盐岩储层油气的高效开发至关重要。
3.然而，天然缝洞型碳酸盐岩的取样比较困难，由于缝洞型碳酸盐岩在沉积过程中经历了多次构造运动，因而天然岩石试样的差异性较大，天然孔洞与裂缝的分布规律的区别较大，不利于展开室内物理模拟试验。


技术实现要素：

4.本发明通过提供一种制样装置，实现了各种不同的缝、洞布置方式，在此基础上可开展室内缝洞型碳酸盐岩靶向压裂试验，有利于找寻出不同缝洞分布情况对靶向压裂试验裂缝起裂及扩展的不同影响，并可用于指导实际缝洞型及断溶体碳酸盐岩储层油气的勘探开发。
5.本发明提供了一种制样装置，包括：上开口装置外壳、支撑杆、连接线、薄膜储集体、预制板片、靶向压裂井筒、定向射孔板及盖板；所述支撑杆设置在所述上开口装置外壳的顶端；所述连接线的上端与所述支撑杆连接，所述连接线的下端与所述上开口装置外壳的底部连接；所述薄膜储集体和所述预制板片均设置在所述连接线上；所述盖板也设置在所述上开口装置外壳的顶端；在所述盖板上有开孔；所述靶向压裂井筒穿过所述开孔伸入所述上开口装置外壳；在所述靶向压裂井筒的下部有通孔；所述定向射孔板穿过所述通孔；所述靶向压裂井筒的底端封堵；在所述开孔的外侧周向有刻度；在所述靶向压裂井筒的顶部且位于所述定向射孔板的正上方有用于指向所述刻度的指针。
6.进一步地，还包括：连接丝；所述通孔与所述定向射孔板的连接处的竖向有间隙；所述连接丝的下端与所述定向射孔板连接，所述连接丝的上端从所述开孔伸出折弯，形成所述指针。
7.进一步地，在所述支撑杆上有凹槽；所述连接线设置在所述凹槽中。
8.进一步地，所述开孔位于所述上开口装置外壳的顶部中心；所述靶向压裂井筒从所述上开口装置外壳的顶部中心竖直伸入所述上开口装置外壳。
9.进一步地，在所述上开口装置外壳的顶部还设置有拉环。
10.进一步地，还包括：液压管和液压源；所述液压管的一端伸入所述靶向压裂井筒，
所述液压管的另一端与所述液压源连接。
11.进一步地，还包括：测压部件；所述测压部件的测压端伸入所述液压管；所述测压部件的信号输出端与上位机的信号输入端通信连接，所述上位机的信号输出端与所述液压源的信号输入端通信连接。
12.进一步地，还包括：流量监测部件；所述流量监测部件的流量监测端伸入所述液压管；所述流量监测部件的信号输出端与上位机的信号输入端通信连接，所述上位机的信号输出端与所述液压源的信号输入端通信连接。
13.进一步地，所述薄膜储集体至少为以下任意一种：
14.蛋壳、蜡球、聚酯薄膜储集体、实心聚苯乙烯颗粒、3d打印的规则或不规则的球体。
15.进一步地，所述预制板片至少为以下任意一种：
16.平面或弯曲的硬纸板、塑料板、硫酸纸、草图纸。
17.本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
18.将支撑杆设置在上开口装置外壳的顶端；连接线的上端与支撑杆连接，连接线的下端与上开口装置外壳的底部连接；薄膜储集体和预制板片均设置在连接线上；盖板也设置在上开口装置外壳的顶端；在盖板上有开孔；靶向压裂井筒穿过开孔伸入上开口装置外壳；将定向射孔板设置在靶向压裂井筒的下部；在开孔的外侧周向有刻度；在靶向压裂井筒的顶部且位于定向射孔板的正上方有用于指向刻度的指针。通过控制连接线的长短可实现布孔及布缝方案的高度控制，从而满足不同特征的缝洞体或不同需要的布孔布缝方案的高度设计。通过连接线在支撑杆和上开口装置外壳底部上的位置变化，可实现布孔及布缝方案的方位控制，从而满足不同特征的缝洞体或不同需要的布孔布缝方案的方位设计。通过指针指向不同的刻度，可实现靶向压裂井筒的定向射孔角度控制。本发明应用预制缝靶向压裂技术可以控制裂缝转向，并通过准确预制孔洞及天然裂缝的位置，有利于研究不同缝洞分布情况对靶向压裂试验裂缝起裂及扩展的不同影响机制，可用于碳酸盐岩储层的综合效果评价。
附图说明
19.图1为本发明实施例提供的制样装置的立体图；
20.图2为本发明实施例提供的制样装置的主视图；
21.图3为图2的俯视图；
22.其中，1
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上开口装置外壳，2
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支撑杆，3
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连接线，4
‑
薄膜储集体，5
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预制板片，6
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靶向压裂井筒，7
‑
定向射孔板，8
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内六角圆柱头螺钉，9
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十字形沉头螺丝，10
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连接丝，11
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开孔，12
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十字框架，13
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圆形角度测量板，14
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垂直固定圆套筒，15
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提手，16
‑
钢片卡板，17
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拉环，18
‑
圆形密封钢片，19
‑
内六角圆柱头螺栓。
具体实施方式
23.本发明实施例通过提供一种制样装置，实现了各种不同的缝、洞布置方式，在此基础上可开展室内缝洞型碳酸盐岩靶向压裂试验，有利于找寻出不同缝洞分布情况对靶向压裂试验裂缝起裂及扩展的不同影响，并可用于指导实际缝洞型及断溶体碳酸盐岩储层油气的勘探开发。
24.本发明实施例中的技术方案为实现上述技术效果，总体思路如下：
25.将支撑杆设置在上开口装置外壳的顶端；连接线的上端与支撑杆连接，连接线的下端与上开口装置外壳的底部连接；薄膜储集体和预制板片均设置在连接线上；盖板也设置在上开口装置外壳的顶端；在盖板上有开孔；靶向压裂井筒穿过开孔伸入上开口装置外壳；将定向射孔板设置在靶向压裂井筒的下部；在开孔的外侧周向有刻度；在靶向压裂井筒的顶部且位于定向射孔板的正上方有用于指向刻度的指针。通过控制连接线的长短可实现布孔及布缝方案的高度控制，从而满足不同特征的缝洞体或不同需要的布孔布缝方案的高度设计。通过连接线在支撑杆和上开口装置外壳底部上的位置变化，可实现布孔及布缝方案的方位控制，从而满足不同特征的缝洞体或不同需要的布孔布缝方案的方位设计。通过指针指向不同的刻度，可实现靶向压裂井筒的定向射孔角度控制。本发明应用预制缝靶向压裂技术可以控制裂缝转向，并通过准确预制孔洞及天然裂缝的位置，有利于研究不同缝洞分布情况对靶向压裂试验裂缝起裂及扩展的不同影响机制，可用于碳酸盐岩储层的综合效果评价。
26.为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
27.参见图1、图2和图3，本发明实施例提供的制样装置，包括：上开口装置外壳1、支撑杆2、连接线3、薄膜储集体4、预制板片5、靶向压裂井筒6、定向射孔板7及盖板；支撑杆2设置在上开口装置外壳1的顶端；连接线3的上端与支撑杆2连接，连接线3的下端与上开口装置外壳1的底部连接；薄膜储集体4和预制板片5均设置在连接线3上；盖板也设置在上开口装置外壳1的顶端；在盖板上有开孔11；靶向压裂井筒6穿过开孔11伸入上开口装置外壳1；在靶向压裂井筒6的下部有通孔；定向射孔板7穿过通孔；靶向压裂井筒6的底端封堵；在开孔11的外侧周向有刻度；在靶向压裂井筒6的顶部且位于定向射孔板7的正上方有用于指向刻度的指针。
28.具体地，支撑杆2使用内六角圆柱头螺钉8固定在上开口装置外壳1的顶端。每个内六角圆柱头螺钉8顶部的高度应一致，使上覆的十字形框架盖板处于水平位置。连接线3的第一端与上开口装置外壳1底部的十字形沉头螺丝9连接，连接线3的另一端与支撑杆2连接。薄膜储集体4和预制板片5均打孔并使用连接线3穿过，连接线3穿过孔眼时打结并用玻璃胶密封固定。
29.需要说明的是，支撑杆2与内六角圆柱头螺钉8之间的固定可以使用额外的压条固定或系绳固定。支撑杆2的高度不能超过内六角圆柱头螺钉8的高度。本发明实施例属于开放式设计，十字形沉头螺丝9可根据不同特征的缝洞体或不同需要的布孔布缝方案进行水平方向的方位调整，从而能够满足实际储层不同特征不同分布的天然裂缝要求。
30.在本实施例中，十字形沉头螺丝9的型号建议在m5以下，从而使布孔布缝的位置更加准确。十字形沉头螺丝9的顶面高度应与上开口装置外壳1的底部平齐。
31.这里还需要说明的是，薄膜储集体4和预制板片5可以是一个或多个，支撑杆2和连接线3也可以是一个或多个，一个支撑杆2上可以有一个或多个连接线3，一个连接线3上可以有一个或多个薄膜储集体4和/或预制板片5，只需根据实际的试验需求设置即可，从而能够满足实际储层不同特征不同分布的天然裂缝要求，本发明实施例对具体数量不做限制。
32.在本实施例中，支撑杆2为耐弯钢条。连接线3选用芳纶线或大力马线，强度高，耐
磨耗，机械性能好，能够保证绳子在紧绷的同时，配合混凝土浇筑时振动台的高频振动而不断线。薄膜储集体4至少为以下任意一种：蛋壳、蜡球、聚酯薄膜储集体、实心聚苯乙烯颗粒、3d打印的规则或不规则的球体。预制板片5至少为以下任意一种：平面或弯曲的硬纸板、塑料板、硫酸纸、草图纸。蛋壳可以使用鸡蛋、鹌鹑蛋等各种蛋类，预制板片5也可有各种形状及尺寸变化。上开口装置外壳1为具有特定形状和尺寸的硬质模具，其材料可以是具有较强刚度的钢、铁、木、合金等材料，模具的形状根据需要可以是立方体、长方体、圆柱体等形状，具体尺寸也可根据需要设定，并使用内六角圆柱头螺栓19固定即可。例如：上开口装置外壳1可以为300
×
300
×
300mm的铁质装置外壳。
33.为了带动定向射孔板7上下小幅度移动，从而在靶向压裂井筒6开口压裂缝附近留足空间，以便于能够更好地实现靶向压裂，还包括：连接丝10；通孔与定向射孔板7的连接处的竖向有间隙；连接丝10的下端与定向射孔板7连接，连接丝10的上端从开孔11伸出折弯，形成指针。
34.在本实施例中，连接丝10为铁丝。
35.为了防止连接线3在后续靶向压裂试验中沿着支撑杆2的方向滑动，以保证靶向压裂试验结果的准确性，在支撑杆2上有凹槽；连接线3设置在凹槽中。
36.为了实现不同位置的造孔和布缝，在支撑杆2上均匀分布有多个凹槽，可以根据孔和缝隙的位置将多个连接线3分别设置在相应的凹槽中。
37.为了进一步提高靶向压裂试验结果的准确性，开孔11位于上开口装置外壳1的顶部中心；靶向压裂井筒6从上开口装置外壳1的顶部中心竖直伸入上开口装置外壳1。
38.这里对盖板的结构进行具体说明，盖板包括：十字框架12、圆形角度测量板13、垂直固定圆套筒14、提手15及钢片卡板16；十字框架12与圆形角度测量板13连接，在十字框架12与圆形角度测量板13上对应的中心位置有开孔11。垂直固定圆套筒14与开孔11连接，靶向压裂井筒6从垂直固定圆套筒14竖直伸入上开口装置外壳1。圆形角度测量板13用于实现不同角度井筒的靶向压裂，垂直固定圆套筒14保证预埋井筒时的垂直及高度控制。十字框架12的轮廓大小与上开口装置外壳1的轮廓大小一致，在十字框架12的四周均有钢片卡板16，卡在上开口装置外壳1的边沿，以使十字框架12完全固定，从而不对混凝土浇筑区域产生影响。在十字框架12的边界外部水平方向各布置一个提手15。
39.十字框架12在保证井筒位置准确定位的基础上，留有足够大的混凝土浇筑区域。垂直固定圆套筒14的高度与内六角圆柱头螺钉8的高度一致，在保证预埋井筒时的垂直控制的同时，使其不影响混凝土浇筑应达到的正常浇筑高度。垂直固定圆套筒14的高度与十字框架12的高度之和应与预制靶向压裂井筒6出露于混凝土材料的高度相同，此时，将靶向压裂井筒6的顶面与十字框架12的顶面贴平，从而便于预埋井筒时的高度控制。
40.为了实现预制靶向压裂井筒6不同角度方位的精准控制，使用记号笔在预制靶向压裂井筒6的顶部标记对应于井筒底部预制板片5(开口压裂缝)方向的记号，或者在预制靶向压裂井筒6的顶部外侧刻好对应位置的小槽，以作指针。十字框架12的确定使预制靶向压裂井筒6居中。
41.为了使本发明实施例提供的制样装置被吊起时稳定不晃动，从而进一步提高靶向压裂试验结果的准确性，在上开口装置外壳1的顶部还设置有拉环17。具体地，可以在上开口装置外壳1的顶部的四个角各设置一个拉环17。
42.对本发明实施例提供的制样装置的结构进行具体说明，还包括：液压管和液压源；液压管的一端伸入靶向压裂井筒6，液压管的另一端与液压源连接。
43.为了能够对液压管中的压力进行监测，从而能够得到不同压力情况下的试验结果，还包括：测压部件；测压部件的测压端伸入液压管；测压部件的信号输出端与上位机的信号输入端通信连接，上位机的信号输出端与液压源的信号输入端通信连接。
44.为了能够对液压管中的流量进行监测，从而能够得到不同流量情况下的试验结果，还包括：流量监测部件；流量监测部件的流量监测端伸入液压管；流量监测部件的信号输出端与上位机的信号输入端通信连接，上位机的信号输出端与液压源的信号输入端通信连接。
45.下面对本发明实施例提供的制样装置的制作过程以及通过本发明实施例提供的制样装置进行制样的过程进行详细说明：
46.1、预制穿有连接细绳的蛋壳体及硬质塑料板：将蛋类的两端分别钻取小孔并用注射器将蛋液全部抽出，连接细线穿过蛋壳体的两端，在蛋壳体中注入油液、水液或作为空腔的储集体；预制硬质塑料板的四个角同样钻孔并用连接细线穿过；所有钻孔处均使用连接细线打结并用玻璃胶密封孔口。
47.2、使用内六角圆柱头螺栓19固定并拼接钢板，完成上开口装置外壳1，在装置外壳的内壁抹油，以方便混凝土试样后期脱模，在带有十字形沉头螺丝9的的装置外壳的底板需额外抹上黄蜡油，以保证长期使用混凝土浇筑后十字形沉头螺丝9仍能正常使用。
48.这里需要说明的是，十字形沉头螺丝9需与装置外壳的底板齐平，以保证混凝土试样的平整，减少因后期真三轴试验三向应力加载而造成的应力集中，从而提高试样质量。
49.3、连接细绳的第一端通过十字形沉头螺丝9固定于装置外壳的底部，连接细绳的另一端系在装置外壳顶部的耐弯钢条上，耐弯钢条使用内六角圆柱头螺钉8固定于装置外壳的顶部，从而准确预制孔洞及天然裂缝的高度和方位。
50.4、浇筑相似材料混凝土并整体移动至振动台充分震动均匀。具体地，将钢制绳索悬吊在拉环17上，将浇筑完成的整个上开口装置外壳1吊起，并放于振动台震荡均匀。为了尽量提高相似材料的强度和脆性，减少滤失，降低气泡数量，减少水化反应，同时为了更好地匹配本发明实施例，以提高混凝土浇筑时的流动性，降低对布孔布缝的干扰，便于充分震动均匀，在本发明实施例中，加入混凝土外加剂：聚羧酸母液减水剂与消泡剂。
51.具体的浇筑过程为：称量1：1的52.5硅酸盐水泥和40
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80目连续级配石英砂，混合后搅拌均匀得到混合固料，称量水与聚羧酸母液减水剂混合拌匀得到混合溶液。将混合溶液倒入混合固料中，加入定量消泡剂，搅拌均匀后倒入上开口装置外壳1中；上开口装置外壳1中混凝土材料使用振动台震荡均匀密实。
52.5、待混凝土初凝后，使用十字形框架盖板准确预制靶向压裂井筒6：
53.在预制靶向压裂井筒6的底部两端预设定向射孔板7，并保证底部密封。具体地，预制靶向压裂井筒6为内置螺纹，保证与外部连接液压泵源伺服系统的专用液压管密封连接，同时外部的液压泵源伺服系统可实现靶向压裂试验过程中的实时液压和排量监测与记录。
54.在定向射孔板7的井筒内部位置钻孔，用连接丝10连接，并保证连接丝10的长度高于靶向压裂井筒6的长度。之后使用圆形密封钢片18将预制靶向压裂井筒6的底部完全密封。
55.在本实施例中，定向射孔板7一方面可阻止混凝土浇筑之后沿井筒开口压裂缝倒灌回预制靶向压裂井筒6的内部，从而一定程度上难以实现靶向压裂的精准控制，甚至堵塞井筒而造成靶向压裂试验失败。另一方面可作为预制靶向压裂井筒6底部靶向压裂不同角度的指向标识，以保证不同角度下靶向压裂试验的准确性。
56.6、在预制靶向压裂井筒6的位置准确预设好并倒入混凝土之后，保证井筒固定不动，将留在井筒顶部的铁丝轻轻上下拉动，使其带动定向射孔板7在靶向压裂井筒6下部的通孔内上下小幅度移动，从而在井筒开口压裂缝附近留足空间，以便于更好地实现靶向压裂。同时，将多余长度的铁丝沿圆形角度测量板13的设定方向(井筒下部开口压裂缝方向)折弯以作指针，从而保证靶向压裂角度的精确控制。另外，当预制靶向压裂井筒6有垂直方向上的轻微下陷时，可使用重物压在弯曲的细长铁丝上，以保证预埋井筒时的精确高度控制。
57.7、在3
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4小时后，取下盖板，解除固定的钢条，并抹平混凝土顶部表面，保证混凝土试样的平整，减少因后期真三轴试验三向应力加载而造成的应力集中，从而提高试样质量。
58.8、在24小时后，混凝土材料在室内干燥通风处养护后脱模，室内自然条件下养护，直至材料硬化结束、质量恒定。正式的靶向压裂试验之前，细长铁丝可以轻松扯掉，保证相似材料试样的预制靶向压裂井筒6的完全密封。
59.【技术效果】
60.1、将支撑杆2设置在上开口装置外壳1的顶端；连接线3的上端与支撑杆2连接，连接线3的下端与上开口装置外壳1的底部连接；薄膜储集体4和预制板片5均设置在连接线3上；盖板也设置在上开口装置外壳1的顶端；在盖板上有开孔11；靶向压裂井筒6穿过开孔11伸入上开口装置外壳1；将定向射孔板7设置在靶向压裂井筒6的下部；在开孔11的外侧周向有刻度；在靶向压裂井筒6的顶部且位于定向射孔板7的正上方有用于指向刻度的指针。通过控制连接线3的长短可实现布孔及布缝方案的高度控制，从而满足不同特征的缝洞体或不同需要的布孔布缝方案的高度设计。通过连接线3在支撑杆2和上开口装置外壳1底部上的位置变化，可实现布孔及布缝方案的方位控制，从而满足不同特征的缝洞体或不同需要的布孔布缝方案的方位设计。通过指针指向不同的刻度，可实现靶向压裂井筒的定向射孔角度控制。本发明应用预制缝靶向压裂技术可以控制裂缝转向，并通过准确预制孔洞及天然裂缝的位置，有利于研究不同缝洞分布情况对靶向压裂试验裂缝起裂及扩展的不同影响机制，可用于碳酸盐岩储层的综合效果评价。
61.2、通过对连接丝10的使用，能够带动定向射孔板7上下小幅度移动，从而在靶向压裂井筒6开口压裂缝附近留足空间，保证了能够更好地实现靶向压裂。
62.3、在支撑杆2上有凹槽；连接线3设置在凹槽中，防止了连接线3在后续靶向压裂试验中沿着支撑杆2的方向滑动，保证了靶向压裂试验结果的准确性。
63.4、开孔11位于上开口装置外壳1的顶部中心，靶向压裂井筒6从上开口装置外壳1的顶部中心竖直伸入上开口装置外壳1，进一步提高了靶向压裂试验结果的准确性。
64.5、在上开口装置外壳1的顶部还设置有拉环17，使本发明实施例提供的制样装置被吊起时稳定不晃动，从而进一步提高了靶向压裂试验结果的准确性。
65.6、通过对测压部件的使用，能够对液压管中的压力进行监测，从而能够得到不同压力情况下的试验结果。
66.7、通过对流量监测部件的使用，能够对液压管中的流量进行监测，从而能够得到不同流量情况下的试验结果。
67.本发明实施例可实现在碳酸盐岩相似材料物理模拟靶向压裂试验中准确预制孔洞、天然裂缝，并使其完全固定，可使混凝土相似材料充分震动均匀，便于尽量提高相似材料的强度和脆性，减少滤失，降低气泡数量，减少水化反应，很好地提高了制样效率及品质，从而使试验结果更加准确，使各种人为误差降至最低。本发明实施例在保证制作的大型物模试验试样完全平滑和规整的基础上，最大限度地减少了对人工预制蛋壳体和硬质塑料板的试验干扰，除连接细线以外的所有试验部件均设置在碳酸盐岩相似材料物理模拟靶向压裂试样之外，从而保证了混凝土试样的平整，减少了因后期真三轴试验三向应力加载造成的应力集中，提高了试样质量。制好的混凝土试样可准确控制不同布置方案的孔洞及天然裂缝的位置，并可准确控制并实现不同角度的井筒靶向压裂，混凝土的浇筑过程亦可满足充分震动的要求，保证相似材料的质量要求。本发明实施例不仅可以实现各种孔洞或天然裂缝的单一逐次连接，还可满足不同的缝洞组合体整个连接、不同特征的断溶体模拟组合(如孔洞+裂隙/断层+孔隙等组合方式)，适用范围极广，并可实现极小的空间占用率，方便留出足够的混凝土浇筑空间。本发明实施例有利于研究不同缝洞分布情况对压裂试验裂缝起裂及扩展的不同影响机制，对碳酸盐岩储层的综合效果评价具有很好的指导意义。本发明实施例具有极广泛的适用范围，可满足不同材料、不同配比、不同强度要求的均质相似材料的制作要求。
68.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
69.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。