一種可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法，該制造方法包括以下步驟：步驟一：將層疊設置的待磨巖心片（1）、基礎巖心片（2）和基材（3）粘接在一起；步驟二：磨制待磨巖心片（1）的表面；步驟三：將待磨巖心片（1）與基礎巖心片（2）分離。該制造方法使用普通研磨機就可以制造出厚度符合要求的巖石薄片，該巖石薄片不僅保留了真實巖石的固相組分、孔隙結構及連通性能等全部信息，并且具有良好的透光性，適宜觀察等優點。
【專利說明】一種可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及油氣田開發實驗【技術領域】，特別是一種可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法。
【背景技術】
[0002]微觀滲流實驗是油氣田開發領域機理研究的重要實驗技術，其核心內容是觀察微觀模型內流體的滲流過程。
[0003]為模擬高溫高壓油藏滲流條件，微觀模型分為內模型和外模型。內模型為觀察介質，最為常用的是玻璃模型；外模型為內模型提供高溫高壓環境，具備加熱系統和耐壓設計。
[0004]目前，內模型主要為玻璃刻蝕模型，在玻璃表面刻蝕有各種圖案或模擬不同巖心結構的平面孔隙通道。簡要的實驗步驟如下:首先將玻璃模型與外模型連接，且保證連接處密封，外模型內的流體無法進入玻璃模型內；其次將外模型按照實驗流程連接；再次，逐步將外模型和內模型逐漸升溫升壓至設計溫度、壓力；最后，進行滲流實驗。
[0005]目前微觀滲流實驗所使用的玻璃模型存在種類單一的問題，玻璃刻蝕模型在流動形態、流體界面作用和驅油效率等研究中起到重要作用，但是其圖案畢竟與真實巖石的孔隙結構有很大差異，且不能研究流體與巖石固相間的作用。這嚴重限制了流固耦合等重要內容的研究，因而研究者希望采用真實巖心制作的模型來研究孔隙結構。為滿足觀察要求，真實巖石必需研磨到很薄的程度。由于不同巖石的粒徑粒度、膠結程度、礦物組分相差較大，因而在一定厚度時即產生破碎，特別在磨制面積較大的巖石片時。普通實驗室內IOcm2的巖石片研磨厚度很難小于0.8mm ;精密研磨設備能較大幅度降低這一厚度能達到0.3mm,但是設備投資成本大，薄片面積變小。
【發明內容】
[0006]為了解決現有的設備制造巖石薄片成本高的技術問題，本發明提供了一種可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法。該可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法使用普通研磨機就可以制造出厚度符合要求的巖石薄片，該巖石薄片不僅保留了真實巖石的固相組分、孔隙結構及連通性能等全部信息，并且具有良好的透光性，適宜觀察等優點。
[0007]本發明為解決其技術問題采用的技術方案是:一種可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一:將依次層置設置的待磨巖心片、基礎巖心片和基材粘接在一起；
[0009]步驟二:磨制待磨巖心片的表面；
[0010]步驟三:將待磨巖心片與基礎巖心片分離。
[0011]在步驟一中，首先將基礎巖心片的下表面和基材的上面粘接在一起，再將待磨巖心片的下表面和基礎巖心片的上表面粘接在一起。
[0012]將待磨巖心片的下表面和基礎巖心片的上表面粘接在一起的為臘，該臘的厚度為0.1 ?0.5mmο
[0013]當需要將待磨巖心片和基礎巖心片粘接在一起時，首先在基礎巖心片的上表面涂抹臘并對基礎巖心片進打加熱，然后再將待磨巖心片放在基礎巖心片上。
[0014]將待磨巖心片放在基礎巖心片上后,在基礎巖心片的上表面往復移動待磨巖心片，然后再對待磨巖心片施加向下的壓力。
[0015]在步驟一中，基礎巖心片的長度為5?10cm，基礎巖心片的寬度為2?5cm，基礎巖心片的厚度為0.2?0.5cm，基材為玻璃片。
[0016]在步驟二中，使用研磨機水磨待磨巖心片的上表面，研磨機的轉速為200?500轉/min。
[0017]當待磨巖心片的厚度為0.5mm?Imm時,選擇600目?1000目的砂紙對待磨巖心片進行研磨，當待磨巖心片的厚度為小于0.5mm并且大于等于0.3mm時,選擇1000目?5000目的砂紙對待磨巖心片進行研磨。
[0018]在步驟三中，將待磨巖心片、基礎巖心片和基材同時放入沸水中，使待磨巖心片與基礎巖心片分離。
[0019]在步驟三后，將待磨巖心片放入加熱裝置中加熱待，使待磨巖心片表面的殘留物氣化。
[0020]本發明的有益效果是:
[0021]1、制作的巖石薄片保留了真實巖心孔隙結構、礦物組分、粒度分布等所有物理性能；突破了玻璃刻蝕模型只能模擬孔隙的限制。蠟封研磨技術使巖石薄片達到了 0.3mm的級別。蠟封方法是巖心不受污染克服了鑄體法的弊端。
[0022]2、巖石薄片具有良好的透光性能，適宜微觀實驗的觀察研究；
[0023]3、該制造方法設備投資小，操作簡單，適宜制作量小的研究類機構。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]下面結合附圖對本發明所述的可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法作進一步詳細的描述。
[0025]圖1是待磨巖心片、基礎巖心片和基材粘接在一起的主視圖。
[0026]圖2是待磨巖心片、基礎巖心片和基材粘接在一起的仰視圖。
[0027]其中1.待磨巖心片，2.基礎巖心片，3.基材，4.臘，5.強力膠。
【具體實施方式】
[0028]作為微觀觀察用的巖心薄片要求其具有透光性，所采集到的圖像應能清晰反映滲流現象，因而要求薄片的厚度小于0.5_。受現有微觀滲流實驗流程限制，薄片長度和寬度應不小于8cm和2cm。巖心在0.5mm厚度時,巖石顆粒間膠結物的作用力及其微弱，易于破損。較大的面積(8cmX2cm)也使打磨過程中容易出現厚度上的不均勻，程度大于0.1mm時即對觀察產生影響。普通的研磨技術通常只能達到0.8mm的厚度；鑄體薄片制作方法也不可取，原因是:一注入巖石內的金屬鑄體材料污染巖心，薄片制作后鑄體仍占據孔隙空間，根本不具備實驗條件；二薄片面積較小，無法達到微觀實驗所需要的要求。
[0029]下面結合附圖對本發明所述的可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法進行詳細說明。該可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法包括以下步驟:
[0030]步驟一:將依次層疊設置的待磨巖心片1、基礎巖心片2和基材3粘接在一起，如圖1和圖2所不；
[0031]步驟二:磨制待磨巖心片I的表面；
[0032]步驟三:將待磨巖心片I與基礎巖心片2分離。
[0033]基材3選擇玻璃片，如果將待磨巖心片I與基材3直接粘接，膠結物采用強力膠時，玻璃與待磨巖心片I間的粘結面會形成透光性很差的污損面；膠結物采用蠟時，玻璃的光滑表面使粘結面耐受剪切力的能力較差，在薄片越薄粘結面承受的剪切力越大，極易出現薄片從玻璃上脫落、薄片嚴重受損；另外，由于薄片厚度要求很小，在磨制過程中，極易造成厚度不均勻，并且出現玻璃片邊緣也被打磨的現象，嚴重阻礙打磨進程。所以選擇了將層疊設置的待磨巖心片1、基礎巖心片2和基材3粘接在一起，后再磨制待磨巖心片I的方法。
[0034]在步驟一中，首先將基礎巖心片2的下表面和基材3的上面粘接在一起，再將待磨巖心片I的下表面和基礎巖心片2的上表面粘接在一起，基礎巖心片2和基材3粘接在一起形成了底托。在步驟一中，基礎巖心片2的長度為5?10cm，基礎巖心片2的寬度為2?5cm,基礎巖心片2的厚度為0.2?0.5cm。
[0035]將待磨巖心片I的下表面和基礎巖心片2的上表面粘接在一起的為臘4,待磨巖心片I和基礎巖心片2之間的蠟4的厚度為0.1?0.5_。基礎巖心片2的材質和待磨巖心片I的材質應該相同或相近。即選擇與待磨巖石粒徑及粗糙程度相近的巖心片作為基礎巖心片2。原因是相同或相近的條件下，兩巖心片用蠟粘結在一起時的剪切力承受面積和力值均達到最大，即保證待磨巖石片I不會從底托上脫落，也保證待磨巖心片I保持完整、不破損。
[0036]基礎巖心片2與基材3粘結。采用耐水的強力膠5粘結基礎巖心片2與基材3，強力膠要具有一定粘度，保證粘結時基礎巖心片2與基材3實現面接觸；同時強力膠要能滲透進基礎巖心片2的孔隙內，保證受力時基礎巖心片2上的砂粒牢固不動。強力膠凝固后，應具有足夠的剛性，該強力膠5為環氧樹脂膠。
[0037]基材3選擇玻璃片的原因有二:一玻璃片平面的水平程度很高，是待磨巖心片I厚度磨制均勻的基礎保障；二在與基礎巖心片2粘結時，可以觀察粘結質量。
[0038]然后磨平基礎巖心片2。基礎巖心片2和基材3粘接在一起后，將粘結后的基礎巖心片2的頂部打磨，選擇砂紙目徑要與基礎巖心片2的巖石粒徑相近。為待磨巖心片I的粘結做好準備。
[0039]當需要將待磨巖心片I和基礎巖心片2粘接在一起時，首先在基礎巖心片2的上表面涂抹臘并對基礎巖心片2進彳T加熱，然后再將待磨巖心片I放在基礎巖心片2上。將待磨巖心片I放在基礎巖心片2上后,在基礎巖心片2的上表面往復移動待磨巖心片I,然后再對待磨巖心片I施加向下的壓力。
[0040]具體是，待磨巖心片I首先應在整體承受力較強的條件下，兩側磨平。融化一定量的蠟，涂抹在底托的基礎巖心片2上。將待磨巖心片I平放在基礎巖心片2上，然后從底部均勻加熱底托，用鑷子輕輕來回移動待磨巖心片I。當融化的蠟從待磨巖心片I的孔隙中均勻滲透上來時，撤走加熱源。輕輕向下壓住待磨巖心片I使之與底托緊密接觸，待液態蠟凝固后，撤去壓力，讓巖心片自然冷卻。[0041]在步驟二中，使用研磨機水磨待磨巖心片I的上表面，研磨機的轉速為200?500轉/min。具體是，在轉速不高于200轉/min條件下水磨。如果時用手直接控制底托，則不要用力過大，否則容易造成待磨巖心片I兩端磨損較快，形成兩端薄中間厚的現象。磨制初期選擇粒徑較大的砂紙，當待磨巖心片I的厚度為0.5mm?Imm時,選擇600目?1000目的砂紙對待磨巖心片I進行研磨，當待磨巖心片I的厚度為小于0.5mm并且大于等于0.3mm時，選擇1000目?5000目的砂紙對待磨巖心片I進行研磨。磨制過程需要經常用游標卡尺測量，保證磨制面的厚度均勻。
[0042]在步驟三中，將待磨巖心片1、基礎巖心片2和基材3同時放入沸水中，使待磨巖心片I與基礎巖心片2分離。具體是，在巖心片厚度達到標準時，將帶有待磨巖心片I的底托放入沸水中浸泡，底部均勻加熱，待磨巖心片I首先從底托上剝離下來。持續加熱I小時，則待磨巖心片I的孔隙內的蠟大部分也會被清洗出來。
[0043]在步驟三后，將待磨巖心片I放入加熱裝置中加熱待，使待磨巖心片I表面的殘留物氣化。具體是，將水洗后的待磨巖心片I取出、晾干后，放入馬弗爐中高溫氣化殘余蠟，溫度900°C、時間20min。緩慢冷卻后，待磨巖心片I即為所需的巖石薄片，該巖石薄片制作完成。如果巖心薄片內殘余蠟較高，則在玻璃模型制作時產生不良影響。
[0044]作為微觀觀察用的巖心薄片要求其具有透光性，所采集到的圖像應能清晰反映滲流現象，因而要求薄片的厚度小于0.5_。受現有微觀滲流實驗流程限制，薄片長度和寬度應不小于8cm和2cm。巖心在0.5mm厚度時,巖石顆粒間膠結物的作用力及其微弱，易于破損。較大的面積(8cmX2cm)也使打磨過程中容易出現厚度上的不均勻，程度大于0.1mm時即對觀察產生影響。普通的研磨技術通常只能達到0.8mm的厚度；鑄體薄片制作方法也不可取，原因是:一注入巖石內的金屬鑄體材料污染巖心，薄片制作后鑄體仍占據孔隙空間，根本不具備實驗條件；二薄片面積較小，無法達到微觀實驗所需要的要求。
[0045]探索形成的蠟封研磨方法系統的解決了上述問題，制作的真實巖石薄片厚度達到
0.3mm (3個顆粒粒徑)、面積(8cmX2cm)，保存了巖石的固相組分、孔隙結構及連通性能等全部信息。
[0046]以上所述，僅為本發明的具體實施例，不能以其限定發明實施的范圍，所以其等同組件的置換，或依本發明專利保護范圍所作的等同變化與修飾，都應仍屬于本專利涵蓋的范疇。
【權利要求】
1.一種可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法，其特征在于，所述可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法包括以下步驟: 步驟一:將依次層疊設置的待磨巖心片(I)、基礎巖心片(2)和基材(3)粘接在一起； 步驟二:磨制待磨巖心片(I)的表面； 步驟三:將待磨巖心片(I)與基礎巖心片(2)分離。
2.根據權利要求1所述的可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法，其特征在于:在步驟一中，首先將基礎巖心片(2)的下表面和基材(3)的上面粘接在一起，再將待磨巖心片(I)的下表面和基礎巖心片(2)的上表面粘接在一起。
3.根據權利要求2所述的可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法，其特征在于:將待磨巖心片(I)的下表面和基礎巖心片(2)的上表面粘接在一起的為臘，該臘的厚度為0.1mm ?0.5mmο
4.根據權利要求2所述的可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法，其特征在于:當需要將待磨巖心片(I)和基礎巖心片(2)粘接在一起時，首先在基礎巖心片(2)的上表面涂抹臘并對基礎巖心片(2)進彳了加熱，然后再將待磨巖心片(I)放在基礎巖心片(2)上。
5.根據權利要求4所述的可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法，其特征在于:將待磨巖心片(I)放在基礎巖心片(2)上后,在基礎巖心片(2)的上表面往復移動待磨巖心片(I )，然后再對待磨巖心片(I)施加向下的壓力。
6.根據權利要求1所述的可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法，其特征在于:在步驟一中，基礎巖心片(2)的長度為5cm?10cm，基礎巖心片(2)的寬度為2cm?5cm，基礎巖心片(2)的厚度為0.2cm?0.5cm，基材(3)為玻璃片。
7.根據權利要求1所述的可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法，其特征在于:在步驟二中，使用研磨機水磨待磨巖心片(I)的上表面,研磨機的轉速為200轉/min?500轉 /min。
8.根據權利要求7所述的可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法，其特征在于:當待磨巖心片(I)的厚度為0.5mm?Imm時,選擇600目?1000目的砂紙對待磨巖心片(I)進行研磨，當待磨巖心片(I)的厚度為小于0.5mm并且大于等于0.3mm時,選擇1000目?5000目的砂紙對待磨巖心片(I)進行研磨。
9.根據權利要求1所述的可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法，其特征在于:在步驟三中，將待磨巖心片(I)、基礎巖心片(2)和基材(3)同時放入沸水中，使待磨巖心片Cl)與基礎巖心片(2)分離。
10.根據權利要求9所述的可視化真實巖心模型中巖石薄片的制造方法，其特征在于:在步驟三后，將待磨巖心片(I)放入加熱裝置中加熱待，使待磨巖心片(I)表面的殘留物氣化。
【文檔編號】G01N1/28GK103471883SQ201310364283
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】秦積舜, 陳興隆, 李實 , 俞宏偉, 張可, 李軍, 姬澤敏 申請人:中國石油天然氣股份有限公司