一種點接觸脫模人造巖心制備裝置與方法與流程

本發明涉及石油勘探開發
技術領域：
，尤其涉及一種點接觸脫模人造巖心制備裝置與方法。
背景技術：
：人造巖心是石油工程領域室內物理實驗研究必不可缺少的實驗材料。隨著油氣田的開發和新發現的油田越來越復雜，現場取心的難度加大、費用增加，同時隨著油田開發和研究的不斷深入，所需要開展的巖心實驗內容也越來越多，一般油田探井的真實巖心已經不能滿足實驗需要。同時，開發過程中新鉆井中很少有取心任務，導致探井巖心的物性與目前油藏巖石物性之間存在較大的差異。為了滿足研究的需要，人造巖心越來越多受到重視，需要大量制作符合現階段油藏地質特征的人造巖心。對于巖心的制作，很多人都開展了相關研究，其中2005年盧祥國等人(石英砂環氧樹脂膠結巖心及其制備方法，申請號CN200510063666)；2010年皮彥夫在科學與工程雜志中發表論文“石英砂環氧樹脂膠結人造巖心的技術與應用”提出各種類型的人造巖心；2010年張東等人(一種巖心制作方法，申請號CN201010110846)；2011年秦積舜等人(人造巖心、人造巖心的制作方法和儀器，申請號CN201110223910.2)。目前制作人造巖心方法和技術手段都相對成熟，主要是在環氧樹脂、磷酸鋁、硅酸鹽等膠結劑中添加粘土礦物和石英砂進行膠結制作人造巖心。不同膠結制作巖心的條件也不同，但制作人造巖心的膠結劑是必不可少的，膠結劑類型對巖心性能影響至關重要，直接決定了巖樣是否具有儲層敏感性，巖心能否具有一定強度滿足實驗要求。在油田水驅開發中后期，儲層巖石中膠結物發生物理化學變化，其水驅波及范圍內的巖石顆粒的接觸關系多為點接觸或接觸膠結，但仍具有一定的礦物敏感性。為此，在工藝上必須保證加進去的粘土礦物不被膠結物膠死；加熱溫度不使粘土晶格發生變化、析出層間結構水、散失原有粘土的性質；與天然巖心相比巖性相同、物性參數接近，能滿足實驗研究的需要。但目前所用的環氧樹脂膠結劑主要是液體狀，在與粘土礦物、石英砂膠結過程中容易對礦膠結死；磷酸鋁膠結時對巖心成型溫度要求高；而硅酸鹽膠結時需要在巖心加入水后才能成型，將導致部分礦物發生分散等作用，影響了巖心的穩定性和均質性。為了滿足油田開發中后期油藏巖石特征的要求、保障人造巖心具有較好的均質性以及滿足人造巖心實驗結果可對比性的要求，迫切需要能夠制作出滿足上述要求的人造巖心制備裝置及方法。技術實現要素：本發明的目的在于解決上述現有技術存在的缺陷，提供一種能有效解決巖心的膠結和巖心顆粒間的接觸關系的點接觸脫模人造巖心制備裝置及其方法。一種點接觸脫模人造巖心制備裝置，包括：液壓系統，振動器、勻砂操作平臺，支撐彈簧、支撐平臺、巖心模具、壓桿；所述支撐彈簧固定在支撐平臺與勻砂操作平臺之間，振動器對稱設置在勻砂操作平臺的兩側；壓桿套入在巖心模具內，巖心模具固定在勻砂操作平臺上，液壓系統的液壓面垂直對著所述壓桿的頂端。進一步地，如上所述的點接觸脫模人造巖心制備裝置，在勻砂操作平臺設置有通孔，所述支撐彈簧的一端固定在該通孔內；進一步地，如上所述的點接觸脫模人造巖心制備裝置，所述支撐彈簧內設置有扶正器，該扶正器為桿狀結構，該扶正器的一端垂直固定在支撐平臺上，另一端隨支撐彈簧套入在所述通孔內。進一步地，如上所述的點接觸脫模人造巖心制備裝置，所述壓桿在其中上部固定有平衡板，所述平衡板與壓桿的桿身為一體結構，所述平衡板上設置有與巖心模具固定在一起的通孔。進一步地，如上所述的點接觸脫模人造巖心制備裝置，所述巖心模具為經過鍛打的不銹鋼掏空而形成的巖心模具，該模具的內徑為25.4mm或38.1mm。進一步地，如上所述的點接觸脫模人造巖心制備裝置，所述壓桿的中間設置有通氣孔，該通氣孔與巖心模具內石英砂接觸的底部孔采用多層不銹鋼篩網餅進行封堵。進一步地，如上所述的點接觸脫模人造巖心制備裝置，所述壓桿外徑小于巖心模具內徑0.1mm。進一步地，如上所述的點接觸脫模人造巖心制備裝置，所述振動器為調頻振動器。一種制備點接觸脫模人造巖心的方法，采用如上任一所述的點接觸脫模人造巖心制備裝置制備巖心，制備方法包括以下步驟：(1)按照液壓機操作規范進行使用，在電控液壓表處調節所需的壓制壓力10MPa，預熱液壓機等待使用；(2)組裝人造巖心模具，先放入人造巖心模具底板，再放入巖心模具，用螺紋固定模具底板和巖心模具；在勻砂操作平臺上利用扶正器固定巖心模具待用；(3)稱量100-140目石英和膠結劑進行均勻混合后，倒入巖心模具內，放入壓桿壓緊石英砂和膠結劑混合物；(4)調節振動器，高頻150HZ條件下振動20s，石英砂經過振動后，壓桿會隨著架橋作用消除隨之下降；再在低頻60HZ條件下振動10s；(5)壓制巖心，啟動液壓機壓制程序，待壓制壓力達到設置壓力后，恒定設置壓力保持一定時間后，用螺絲固定巖心模型與壓桿的平衡板，放入高溫加熱箱，烘烤成型；(6)冷卻后取出模具，利用液壓機壓制壓桿脫模取出人造巖心，從而獲得脫模巖心。有益效果：本申請通過脫模人造巖心制備裝置制作的巖心，能夠獲得比較均勻的人造巖心，且避免了巖心中受固體顆粒之間的架橋作用導致的不均質性，通過壓力和膠結比例，可以批量制作滿足實驗要求的人造巖心；可以直接脫模成直接使用的巖心，避免了常規巖心鉆取和切割過程外來流體對巖心的傷害。附圖說明圖1為本申請點接觸脫模人造巖心制備裝置結構示意圖；圖2為圖1的A-A向剖視圖；圖3為巖心模具與壓桿組合后的結構圖；圖4為實施例巖心的滲透率和空隙度的曲線圖。具體實施方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。請參閱圖1-圖3，本申請提供的點接觸脫模人造巖心制備裝置，包括：液壓系統1，振動器2、勻砂操作平臺3，支撐彈簧4、支撐平臺5、巖心模具6、壓桿7；所述支撐彈簧4固定在支撐平臺5與勻砂操作平臺3之間，振動器2對稱設置在勻砂操作平臺3的兩側；壓桿7套入在巖心模具6內，巖心模具6固定在勻砂操作平臺3上，液壓系統1的液壓面垂直對著所述壓桿7的頂端。如圖2所示，在勻砂操作平臺3設置有通孔31，所述支撐彈簧4的一端固定在該通孔內；所述液壓系統安裝有限壓保護，采用電信號控制壓力和壓制運動速度，液壓機壓塊不斷下移過程中，運動速度逐漸下降，與巖心接觸后緩慢壓制巖心，達到設置壓力后進行保壓壓制，直到壓力保持穩定。所述支撐彈簧4實現上下和左右震動，所述勻砂操作平臺30mm厚，在平臺的兩側安置調頻振動器，帶動勻砂操作平臺和巖心模具，在一定振幅強度下實現上下和垂直震動。本實施例提供的點接觸脫模人造巖心制備裝置，通過脫模人造巖心制備裝置制作的巖心，能夠獲得比較均勻的人造巖心，且避免了巖心中受固體顆粒之間的架橋作用導致的不均質性，通過壓力和膠結比例，可以批量制作滿足實驗要求的人造巖心；可以直接脫模成直接使用的巖心，避免了常規巖心鉆取和切割過程外來流體對巖心的傷害。進一步的，本實施例在上一實施例的基礎上提供的點接觸脫模人造巖心制備裝置，所述支撐彈簧4內設置有扶正器，該扶正器為桿狀結構，該扶正器的一端垂直固定在支撐平臺5上，另一端隨支撐彈簧4套入在所述通孔31內。所述扶正器用于使勻砂操作平臺在振動勻砂過程中保持平衡。進一步的，本實施例在上一實施例的基礎上提供的點接觸脫模人造巖心制備裝置，為了保證液壓系統的穩定性，同時為了保證壓制方便，所述液壓系統1的四個角落處分別設置有根支撐柱11，所述支撐柱11的底部固定在支撐平臺5上。進一步的，本實施例在上一實施例的基礎上提供的點接觸脫模人造巖心制備裝置，所述壓桿7在其中上部固定有平衡板71，所述平衡板71與壓桿7的桿身為一體結構，如此，就可以保證壓桿7垂直套入在巖心模具6內，而不易產生偏移，進而保證了壓制巖心的均質性。所述平衡板還有一個作用就是說上面有通孔，與配套模具一致，可以將其壓桿和模具通過大螺紋柱固定起來，在巖心填壓完畢后，固定。進一步的，本實施例在上一實施例的基礎上提供的點接觸脫模人造巖心制備裝置，所述巖心模具6為經過鍛打的不銹鋼掏空而形成的巖心模具，該模具的內徑為25.4mm或38.1mm。所述巖心模具整體結構強；一次可直接制作8組巖心，通過壓桿壓實巖心，也可以直接是膠結好的巖心進行脫模，制作免切割和鉆取的人造巖心。進一步的，本實施例在上一實施例的基礎上提供的點接觸脫模人造巖心制備裝置，所述壓桿7的中間設置有通氣孔，該通氣孔與巖心模具6內石英砂接觸的底部孔采用多層不銹鋼篩網進行封堵。從而保證加壓過程中模具內氣體能夠快速從壓桿中溢出，避免巖心表面不均勻。進一步的，本實施例在上一實施例的基礎上提供的點接觸脫模人造巖心制備裝置，所述壓桿7外徑小于巖心模具6內徑0.1mm。本申請提供的設備和工藝可以批量制作同規格的人造巖心，巖心中顆粒之間接觸緊密，屬于點接觸的人造巖心。本申請還提供一種制備點接觸脫模人造巖心的方法，具體為采用如上任一所述的點接觸脫模人造巖心制備裝置進行制備，在制備的過程中，在巖心模具6內倒入石英砂與顆粒或粉末狀的膠結劑的混合物進行制備。具體的制作方法步驟見以下實施例：實施例：巖心制作：(1)按照圖1設計出液壓裝置，按照液壓機操作規范進行使用，在電控液壓表處調節所需的壓制壓力10MPa，預熱機器等待使用。(2)組裝人造巖心模具，先放入人造巖心模具底板61，再放入巖心模具6，用螺紋模具底板61和巖心模具6；在勻砂操作平臺上利用扶正器固定巖心模具待用。(3)稱量8份100-140目石英砂80g和粉末狀環氧樹脂膠結劑5g，分別均勻混合后，倒入巖心模具內，能夠制作8組人造巖心，放入壓桿(自身重5kg)壓緊石英砂和膠結劑混合物。(4)調節振動器，高頻150HZ條件下振動20s，石英砂經過振動后，壓桿會隨著架橋作用消除隨之下降；再在低頻60HZ條件下振動10s。(5)壓制巖心，啟動液壓機壓制程序，待壓制壓力達到設置壓力后，恒定設置壓力保持5min中后，用螺絲固定巖心模型與壓桿的平衡板，放入高溫加熱箱，烘烤成型。(6)冷卻后取出模具，利用液壓機壓制壓桿脫模取出人造巖心，獲得8塊脫模巖心，分別標號1-8號，進行巖心孔隙度，滲透率等物理參數實驗測定。實驗驗證：(A)孔隙度的測定采用質量法——干重M1，抽真空飽和水后的濕重M2，孔隙體積V＝(M2-M1)/ρ，ρ是1mg/mL；(B)水測滲透率，連接相關流程，采用流速1mL/min進行水測巖心滲透率；巖心干濕重數據如表1所示，空隙度、滲透率的測定結果見圖4表1巖心的相關參數巖心編號12345678干重，g84.684.784.584.384.584.684.784.5濕重，g99.298.999.1999999.299.198.9由此可見同一批次出來的巖心，巖心尺寸，孔隙度，滲透率等參數基本上是相一致的；如果要模擬真實巖心，按照真實巖心的礦物成分分析，加入粘土礦物成分即可得到全組分模擬的人造巖心。(C)針對巖心自身因壓制過程可能造成的兩端存在不均勻性，將編號1人造巖心分別切成等長的2支巖心分別命名為1-1、1-2，同時將市面購置編號A的巖心切成兩2支巖心分別命名為A1，A2，進行水測滲透率實驗，見表2。表2巖心兩端的滲透率比較利用石英砂表面吸附粉狀膠結劑，經過均勻震動的石英砂制作的巖心滲透率一致性較高，具有較好的均勻性。最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。當前第1頁1 2 3