一種雙孔隙物理模型及其制作方法與應用的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種雙孔隙物理模型及其制作方法與應用。該制作方法包括以下步驟：將石英砂、長石、高嶺土和滑石進行球磨混合，得到混合粉體；在混合粉體中加入粘結劑，攪拌混合均勻后，得到混合物料；將混合物料逐層鋪放入模具中，并且在每一層混合物料上鋪放高分子材料薄片，鋪放若干層混合物料以及高分子材料薄片后；將模具進行壓實處理，得到坯體，將坯體依次進行烘烤、燒結后，得到雙孔隙物理模型。本發明提供的雙孔隙物理模型由上述方法制作得到。本發明還提供該雙孔隙物理模型在裂縫油氣儲層地震波響應模擬研究中的應用。本發明的制作方法能夠制作得到含有可控裂縫的雙孔隙物理模型。
【專利說明】一種雙孔隙物理模型及其制作方法與應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種雙孔隙物理模型及其制作方法與應用，屬于油氣勘探和開發的地球物理研究【技術領域】。
【背景技術】
[0002]裂縫是地下油氣儲集空間的一種重要類型。按照成因可以分為:構造裂縫、成巖裂縫、沉積-構造裂縫、壓溶裂縫、溶蝕裂縫。裂縫發育的內因主要決定于巖石的脆性。控制裂縫的構造因素，主要是作用力的強弱、性質、受力次數、變形環境、和變形階段等。
[0003]裂縫儲層是最重要的油氣儲層之一。在碳酸鹽巖、致密砂巖、泥巖、火成巖以及古潛山變質巖中均存在工業價值的油氣藏。特別是對于碳酸鹽巖來說，其中的裂縫、孔隙是油氣的主要運移通道和儲集空間，它們的存在是碳酸鹽巖油氣成藏的必要條件之一。碳酸鹽巖只占沉積巖的20%,但它蘊藏的油氣探明儲量卻占世界的50%以上,產量占60%以上。我國的華北、西北、西南和南方的廣闊海相碳酸鹽巖地層分布區已成為新一輪油氣勘探的重要接替區。而致密砂巖、泥巖、火成巖、變質巖中的裂縫油氣藏在我國大慶、勝利、長慶、四川等各個主要油氣田中均有發現，已成為我國油氣增加儲量、提高產量的重要隱蔽型儲層類別之一。
[0004]致密儲層的孔隙、裂縫在類型和形態上具有多樣性，在規模大小方面具有多尺度性，在空間分布上具有非規則性并且往往發育在經過多期地質構造運動的深部老地層中。在相距不足Ikm的兩口深井，往往一 口井高產油氣，另一口則是干井的現實使得僅僅依靠傳統的地面地質資料和鉆井、測井資料進行裂縫系統空間分布的劃分及預測變得十分困難。這使得裂縫油氣儲層的地球物理描述或預測變得十分必要。
[0005]含裂縫介質超聲波物理模型實驗及其波場響應特征分析研究對裂縫油氣藏地球物理識別具有基礎性和直觀性。物理模型試驗是聯系地質、地球物理和油藏工程等不同學科共同研究裂縫油氣藏的紐帶和橋梁。而其中最重要的一項工作就是制作出具有可控裂縫尺寸和分布的雙孔隙物理模型。國內外模擬裂縫儲層的物理模型多采用有機玻璃、環氧樹脂等材料，其近似性非常大，離實際的巖石相差甚遠。雖然后來出現利用環氧樹脂膠結石英砂，同時嵌入金屬薄片，通過酸洗的方式使金屬片析出，形成裂縫人工砂巖的制作工藝，但是環氧樹脂膠結石英砂制作成的人工砂巖，其礦物成分、孔隙結構與實際砂巖也有很大差另IJ，同時酸洗并不一定能完全將金屬片析出，卻會影響環氧膠結的效果，破壞人工砂巖的結構。因此，必須尋找更好的制作工藝，制作出礦物成分、孔隙結構與實際巖石接近，并含有可控裂縫的物理模型。
【發明內容】
[0006]為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種雙孔隙物理模型及其制作方法。本發明的制作方法能夠制作得到含有可控裂縫的雙孔隙物理模型。
[0007]本發明的目的還在于提供上述雙孔隙物理模型在裂縫油氣儲層地震波響應模擬研究中的應用。
[0008]為達上述目的，本發明提供一種雙孔隙物理模型的制作方法，其包括以下步驟:
[0009]將石英砂、長石、高嶺土和滑石進行球磨混合，得到一混合粉體；
[0010]在所述混合粉體中加入粘結劑，攪拌混合均勻后，得到一混合物料；
[0011 ] 將所述混合物料逐層鋪放入模具中，并且在每一層混合物料上均勻鋪放高分子材料薄片，鋪放若干層混合物料以及高分子材料薄片后(最后一層為混合物料)，得到填充混合物料及高分子材料薄片的模具；
[0012]將所述填充混合物料及高分子材料薄片的模具進行壓實處理后，得到坯體，將所述坯體依次進行烘烤、燒結后，得到所述的雙孔隙物理模型。
[0013]在上述的制作方法中，優選地，所述高分子材料薄片為厚度0.06-0.5mm并具有受熱分解氣化性能的高分子材料薄片。更優選地，所述高分子材料薄片包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄片、聚乙烯(PE)薄片以及聚氯乙烯(PVC)薄片等中的一種或幾種的組合。
[0014]在上述的制作方法中，優選地，所述石英砂、長石、高嶺土和滑石的重量比為10:1:1:1-10:3:1.5:1。更優選地，所述石英砂、長石、高嶺土和滑石的重量比為10:1:1:1。
[0015]在上述的制作方法中，優選地，石英砂、長石、高嶺土和滑石的細度均為60至1000目，并且依據制作要求變化。更優選地，所述石英砂的細度為60-400目，所述長石的細度為325-350目，所述高嶺土的細度為500-540目，所述滑石的細度為800-900目。
[0016]在上述的制作方法中，優選地，所述混合粉體與粘結劑的重量比為10:1-10:3。更優選地，所述混合粉體與粘結劑的重量比為10:1。
[0017]在上述的制作方法中，優選地，所述粘結劑為水玻璃，該水玻璃粘結劑起到塑造坯體的作用，本發明對所述水玻璃的具體種類無特殊要求。優選地，所述水玻璃的模數為2.0，密度為1.2g/cc，具有該模數和密度的水玻璃能夠有利于混合物料和坯體的均勻。
[0018]在上述的制作方法中，優選地，鋪放混合物料的層數為30-80層。相應地，鋪放高分子材料薄片的層數比鋪放混合物料的層數少一層。每層混合物料鋪放的厚度可以由本領域技術人員根據制備的物理模型的裂縫密度進行調整。
[0019]在上述的制作方法中，優選地，所述高分子材料薄片為直徑的硬幣狀薄片。
[0020]在上述的制作方法中，優選地，所述模具為清洗干凈并涂抹凡士林后的模具。
[0021]在上述的制作方法中，優選地，所述壓實處理的壓力為IOT至100T。所述壓實處理為在IOT至100T下保持一定時間，該時間可由本領域技術人員進行常規的調控，只要保證模具中的混合物料以及高分子材料薄片被壓實即可。
[0022]在上述的制作方法中，優選地，所述烘烤的溫度為40°C -60°C，烘烤時間根據濕度、溫度等條件確定，可以為4-6天。烘烤后使坯體完全固化。
[0023]在上述的制作方法中，根據各原料的配比選擇合適的燒結時間和升溫速度，優選地，所述燒結的升溫速度為5°C /min，燒結溫度為1000-1300°C(也就是以5°C /min的升溫速度進行升溫達到1000-1300°C為止)，時間為3-8小時(也就是達到1000-1300°C后保溫3-8小時)；更優選地，燒結時間為5小時。在燒結的過程中，坯體內的石英砂、長石、高嶺土、滑石和粘結劑等物質在高溫條件下熔融并成為膠結物，而高分子材料薄片因具有受熱分解氣化的特點在高溫條件下分解并留下孔隙，即可得到所需的裂縫，進而得到雙孔隙物理模型。[0024]在上述的制作方法中，可以將燒結完畢并自然冷卻至室溫后的雙孔隙物理模型的邊緣打磨光滑，并且可以通過切割鉆柱等方式將其加工成所需要的形狀和大小。
[0025]根據本發明的【具體實施方式】，優選地，上述制作方法包括以下步驟:
[0026]將石英砂、長石、高嶺土和滑石按照10:1:1:1-10:3:1.5:1的重量比進行球磨混合，得到一混合粉體；
[0027]按照10:1-10:3的重量比在所述混合粉體中加入粘結劑，攪拌混合均勻后，得到一混合物料；
[0028]將所述混合物料逐層鋪放入模具中，并且在每一層混合物料上均勻鋪放高分子材料薄片，鋪放若干層混合物料以及高分子材料薄片后(最后一層為混合物料)，得到填充混合物料及高分子材料薄片的模具；
[0029]將所述填充混合物料及高分子材料薄片的模具在IOT至100T的壓力下進行壓實處理后，得到坯體，將所述坯體放入恒溫干燥箱中在40°C _60°C下烘烤4-6天，以使其完全固化，然后放入高溫馬弗爐內，以5°C /min的升溫速度升溫至1000-1300°C的燒結溫度保溫3-8小時進行燒結后，得到所述的雙孔隙物理模型。
[0030]在本發明中，雙孔隙物理模型的裂縫的形態、分布均可由本領域技術人員根據實驗需要進行控制，通過改變高分子材料薄片的直徑、厚度可以制作出具有不同裂縫尺寸、裂縫張開度的雙孔隙物理模型，通過改變高分子材料薄片的直徑、厚度和數量可以制作出具有不同裂縫密度的雙孔隙物理模型。
[0031]本發明的雙孔隙物理模型的制作方法具有很好地操作性和重復性，利用該方法可以制作出與天然巖石在孔隙結構、礦物成分、膠結方式等方面更接近的人工砂巖物理模型，并且可以制作出不同裂縫密度、裂縫直徑、裂縫張開度的雙孔隙人工砂巖物理模型。該方法制作出的雙孔隙物理模型穩定牢固，因此可以用于研究不同飽和流體、不同溫度和壓力條件下的地震響應，更好地為裂縫儲層性質和裂縫油氣藏識別提供依據。
[0032]本發明的還提供一種雙孔隙物理模型，其是由上述的雙孔隙物理模型的制作方法所制作得到的。
[0033]根據本發明的【具體實施方式】，優選地，上述雙孔隙物理模型的密度為1.5g/cc-2.4g/cc，孔隙度為10%-30%，縱波速度為1500m/s-4500m/s,橫波速度為1200m/s-1900m/s。其中，垂直于裂縫平面方向的縱波速度為1500m/s-4100m/s，垂直于裂縫平面方向的橫波速度為1200m/s-1700m/s ;平行于裂縫平面方向的縱波速度為2000m/s-4500m/s，平行于裂縫平面方向的橫波速度為1300m/s-1900m/s。
[0034]根據本發明的【具體實施方式】，優選地，上述雙孔隙物理模型的裂縫直徑為2mm-6mm，裂縫厚度為0.06mm-0.5mm，裂縫密度為1%_10% (以雙孔隙物理模型的總體積為基
準)。其中，裂縫密度的計算公式為:f = f，式中，e為裂縫密度，N為體積V內的裂縫
個數，r為裂縫的半徑。
[0035]本發明還提供上述的雙孔隙物理模型在裂縫油氣儲層地震波響應模擬研究中的應用。
[0036]本發明的雙孔隙物理模型，可用于研究裂縫儲層的地球物理響應，為實際的裂縫儲層研究結果的對比及驗證提供可靠的依據，以尋找研究裂縫油氣儲層地震勘探的新方法新思路。
[0037]本發明依據地震物理模擬技術特點，從實際地層特征與實驗室模型制作的關系出發，制作得到含有可控裂縫的雙孔隙物理模型，并且使制作出的雙孔隙物理模型的各項巖石物理參數和力學特征更加接近天然巖石的人工砂巖，使該雙孔隙物理模型能夠應用在裂縫油氣儲層地震波響應模擬研究中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1為實施例1和實施例2的雙孔隙物理模型的制作方法流程圖。
[0039]圖2為實施例1的雙孔隙物理模型的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0040]為了對本發明的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施范圍的限定。
[0041]實施例1
[0042]本實施例提供一種雙孔隙物理模型的制作方法，如圖1所示，其包括以下步驟:
[0043]將200目的石英砂500g、350目的長石50g、500目的高嶺土 50g和800目的滑石50g進行球磨混合，混合均勻后，得到一混合粉體；
[0044]在所述混合粉體中加入65g水玻璃(該水玻璃的模數為2.0，密度為1.2g/cc)，放入攪拌機內攪拌混合均勻后，得到一混合物料；
[0045]將清洗并組裝完畢的模具四周涂抹凡士林后，將30mL所述混合物料平整地鋪放入模具中，并且在該層混合物料上均勻地鋪放高分子材料薄片200個(該高分子材料薄片為厚度0.06mm并具有受熱分解氣化性能的聚甲基丙烯酸甲酯薄片，直徑為3mm，其為采用直徑為3_的沖頭將高分子材料沖成的薄片)，鋪放35層混合物料以及34層高分子材料薄片后，得到填充混合物料及高分子材料薄片的模具；
[0046]將所述填充混合物料及高分子材料薄片的模具放在壓機上，在30T的恒定壓力下保持12小時進行壓實處理后，將模具拆下并取出坯體，將所述坯體放入恒溫干燥箱中在400C _60°C下烘烤4天，以使其完全固化，然后放入高溫馬弗爐內，以5°C /min的升溫速度升溫至1300°C保溫3個小時進行燒結后，得到所述的雙孔隙物理模型；將燒結完畢并自然冷卻至室溫后的雙孔隙物理模型的邊緣打磨光滑，并且可以通過切割鉆柱等方式將其加工成所需要的形狀和大小。
[0047]經測試，本實施例的雙孔隙物理模型的密度約為2.lg/cc ;孔隙度約為24% ;平行于裂縫平面方向的縱波速度約為2504m/s，橫波速度約為1400m/s ;垂直于裂縫平面方向的縱波速度約為2325m/s，橫波速度約為1256m/s。因此得出該雙孔隙物理模型的縱波各向異性為7.7%，橫波各向異性為11.46%。本實施例的雙孔隙物理模型的裂縫厚度為0.06mm，裂縫直徑為3mm，裂縫密度為2.6% (以雙孔隙物理模型的總體積為基準)。該雙孔隙物理模型模擬了天然地層中小尺度裂縫的地震波響應。實際含裂縫天然砂巖的密度為2.01-2.64g/cc,孔隙度為 2%_36%，縱波速度為 2430_5520m/s (Strandenes S.Rock physics analysisof the Brent Group Reservoir in the Oseberg Field:Stanford Rock Physics andBorehole Geophysics Project[J].1991 ；Blangy J-P D.1ntegrated seismic lithologicinterpretation:The petrophysical basis[M].Dept, of Geophysics, School of EarthSciences, 1992.)，縱波各向異性為 3.4%-13.9%,橫波各向異性為 4.6%-25.5% (ThomsenL.Weak elastic anisotropy [J] ? GEOPHYSICS, 1986，51 (10): 1954-66.)。以上各項參數與實際裂縫儲層巖石物理參數和地震波響應接近，符合模擬實驗要求。如圖2所示，該雙孔隙物理模型的掃描電子顯微鏡照片顯示其孔隙結構均勻、分選度好、裂縫形態清晰。
[0048]其中，密度、孔隙度、縱波速度、橫波速度、縱波各向異性、橫波各向異性以及裂縫厚度、裂縫直徑、裂縫密度的測試及計算方法為本領域技術人員公知的測試及計算方法，具體請參考《巖石物理學》(中國科技大學出版社，12.4，288頁，13.1,293頁)中所述的測試及計算方法。
[0049]實施例2[0050]本實施例提供一種雙孔隙物理模型的制作方法，其與實施例1的制作方法基本相同，不同之處在于:高分子材料薄片的厚度為0.5mm,直徑為6mm,其為采用直徑為6mm的沖頭將高分子材料沖成的薄片，并且每層混合物料上均勻鋪放高分子材料薄片的數量為20個。
[0051]經測試，本實施例的雙孔隙物理模型的密度約為2.lg/cc ;孔隙度約為22% ;平行于裂縫平面方向的縱波速度為2817m/s，橫波速度為1565m/s ;垂直于裂縫平面方向的縱波速度為2549m/s，橫波速度為1407m/s。因此得出該雙孔隙物理模型的縱波各向異性為
10.51%，橫波各向異性為11.23%。本實施例的雙孔隙物理模型的裂縫厚度為0.5mm，裂縫直徑為6mm，裂縫密度為5.5% (以雙孔隙物理模型的總體積為基準)。該雙孔隙物理模型模擬了天然地層中大尺度裂縫的地震波響應。實際含裂縫天然砂巖的各項參數如實施例1中所述。以上各項參數與實際裂縫儲層巖石物理參數和地震波響應接近，符合模擬實驗要求。
【權利要求】
1.一種雙孔隙物理模型的制作方法，其包括以下步驟: 將石英砂、長石、高嶺土和滑石進行球磨混合，得到一混合粉體； 在所述混合粉體中加入粘結劑，攪拌混合均勻后，得到一混合物料； 將所述混合物料逐層鋪放入模具中，并且在每一層混合物料上均勻鋪放高分子材料薄片，鋪放若干層混合物料以及高分子材料薄片后，得到填充混合物料及高分子材料薄片的豐吳具； 將所述填充混合物料及高分子材料薄片的模具進行壓實處理后，得到坯體，將所述坯體依次進行烘烤、燒結后，得到所述的雙孔隙物理模型。
2.根據權利要求1所述的制作方法，其中，所述高分子材料薄片包括聚甲基丙烯酸甲酯薄片、聚乙烯薄片以及聚氯乙烯薄片中的一種或幾種的組合。
3.根據權利要求1所述的制作方法，其中，所述石英砂、長石、高嶺土和滑石的重量比為10:1:1:1-10:3:1.5:1 ;所述石英砂的細度為60-400目，所述長石的細度為325-350目，所述高嶺土的細度為500-540目，所述滑石的細度為800-900目。
4.根據權利要求1所述的制作方法，其中，所述混合粉體與粘結劑的重量比為10:1-10:3。
5.根據權利要求1所述的制作方法，其中，所述粘結劑為水玻璃；優選地，所述水玻璃的模數為2.0，密度為1.2g/cc。
6.根據權利要求1所述的制作方法，其中，所述壓實處理的壓力為10-100T;所述燒結的升溫速度為5°C /min，燒結溫度為1000-1300°C，時間為3_8小時。
7.—種雙孔隙物理模型，其是由權利要求1-6任一項所述的雙孔隙物理模型的制作方法所制作得到的。
8.根據權利要求7所述的雙孔隙物理模型，其密度為1.5g/CC-2.4g/CC，孔隙度為10%-30%，縱波速度為 1500m/s-4500m/s，橫波速度為 1200m/s_1900m/s。
9.根據權利要求7所述的雙孔隙物理模型，其裂縫直徑為2mm-6mm，裂縫厚度為0.06mm-0.5_，裂縫密度為 1%_10%。
10.權利要求7-9任一項所述的雙孔隙物理模型在裂縫油氣儲層地震波響應模擬研究中的應用。
【文檔編號】G01V1/28GK103616716SQ201310646350
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】丁拼搏, 狄幫讓, 魏建新, 欒鑫元 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油大學(北京)