出砂巖心及其制作設備和制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種出砂巖心，該出砂巖心包括有巖心本體，巖心本體內(nèi)部設有被巖心本體包覆并擠壓的細粉砂袋；巖心本體和細粉砂袋由一出砂巖心制作設備擠壓成型為一體；巖心本體由骨架砂和膠結劑混合構成；細粉砂袋由聚乙烯醇薄膜及其內(nèi)部包裹的細粉砂構成。該出砂巖心是通過在巖心本體中預埋裝有特定粒徑細粉砂的PVA砂袋并由所述制作設備擠壓成型為一體而構成，從而能夠得到含不同粒徑游離砂的出砂巖心，該出砂巖心能夠模擬含游離砂的巖心，且其中細粉砂能被流體排出，能在一定程度上反映疏松砂巖地層的巖石性質，能為模擬研究井底出砂地層和井底防砂提供技術支持；該制作設備可定型并控制巖心的壓制強度，得到特定壓制強度的出砂巖心。
【專利說明】出砂巖心及其制作設備和制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是關于一種巖心結構及其制作方法，尤其涉及一種出砂巖心及其制作設備和制作方法。
【背景技術】
[0002]在石油領域的科學研究中，常常需要使用巖心進行室內(nèi)物理模擬實驗。由于天然巖心無法完全模擬地下油層的真實情況，人造巖心的使用變得極為普遍。通過人造巖心物理模型實驗探索開發(fā)規(guī)律，用天然巖心來驗證規(guī)律是否正確，用礦場試驗決定是否大范圍推廣，人造巖心永遠以天然巖心為參照，但是在非均質性上卻遠遠超過天然巖心的代表性。
[0003]人造巖心通常有石英砂環(huán)氧樹脂膠結、石英砂填砂管、石英砂磷酸鋁膠結三種，其中石英砂環(huán)氧樹脂膠結模型是目前應用最廣泛的。
[0004]現(xiàn)有磷酸鋁-粘土膠結石英砂人造巖心的制作過程為:1)配比:將含量不小于85%的分析純磷酸試劑與分析純氫氧化鋁試劑混合均勻并加熱溶解，加熱過程中不斷加水，使磷酸:氫氧化鋁:水的比值為100:21.3:30 (質量比);將該溶液加熱并煮沸8-10分鐘后，使磷酸鋁膠凝劑逐漸冷卻至常溫。2)焙燒:將石英砂、粘土與磷酸鋁膠凝劑按一定重量比混合均勻，成型后在烤箱中以每小時40°C的升溫梯度升至120°C，恒溫8小時再取出置于高溫爐內(nèi)，按預定升溫梯度升至950°C，恒溫2小時后緩慢降溫到50°C以下，將模型取出。這種巖心的穩(wěn)定性較好，孔喉分布在一定程度上接近天然巖心，巖心表現(xiàn)為親水性。但是，其存在以下缺點:1)不具有 0.1mm以下的微細孔喉；2)由于該巖樣經(jīng)過了高溫處理，大部分粘土性質散失；3)不能模擬含游離細粉砂的砂巖；4)不能改變巖心潤濕性。
[0005]采用現(xiàn)有大尺寸石英砂環(huán)氧樹脂膠結人造巖心制備技術，可以制作規(guī)格為300mmX300mmX75mm的人造巖心；該技術根據(jù)黏土礦物的添加方法可分為吸附法和復膜法兩種。利用這種技術制作的巖心可以進行三維空間上的流動模擬，能夠克服天然巖心體積小不能反映油藏的宏觀非均質性、井網(wǎng)和注采關系的特點，能在一定程度上控制人造巖心滲透率、孔隙結構，可改變巖心潤濕性。但是，這種巖心仍然不能模擬含游離細粉砂的砂
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[0006]由上所述，目前國內(nèi)對純砂巖巖心的制作已經(jīng)比較成熟，能通過控制石英砂的粒度分布、加壓強度、膠結物(環(huán)氧樹脂)的用量和黏土礦物含量等因素，來調節(jié)人造巖心的滲透率和孔隙結構。但是，這些現(xiàn)有的人造巖心制作技術，主要解決了巖心滲透率、孔喉結構的控制問題，黏土充填問題和潤濕性改變問題；制作的巖心對于含游離細粉砂比較多的砂巖無法進行模擬，不能很好地反映井底出砂砂巖地層的巖石性質；在含細粉砂人造巖心的制作方面還存在空白。
[0007]由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關行業(yè)的經(jīng)驗與實踐，提出一種出砂巖心及其制作設備和制作方法，以克服現(xiàn)有技術的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種出砂巖心及其制作設備和制作方法，通過預埋細粉砂能夠模擬含游離砂的巖心，為模擬研究井底出砂地層提供依據(jù)。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種出砂巖心，所述出砂巖心包括有巖心本體，巖心本體內(nèi)部設有被巖心本體包覆并擠壓的細粉砂袋；所述巖心本體和細粉砂袋由一出砂巖心制作設備擠壓成型為一體；所述巖心本體是由骨架砂和膠結劑混合的砂料構成；所述細粉砂袋由聚乙烯醇薄膜及其內(nèi)部包裹的細粉砂構成。
[0010]在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述砂料中混合有黏土。
[0011]在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述骨架砂與膠結劑的質量比為16:1 ;所述膠結劑是由環(huán)氧樹脂與固化劑按4:1的質量比混合攪拌構成。 [0012]一種制作上述出砂巖心的制作方法，所述制作方法至少包括以下流程:
[0013]調配膠結劑--^膠結劑與骨架砂混合--^加入黏土--^制作PVA砂袋一
—由制作設備壓制巖心。
[0014]在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述制作方法的步驟包括:
[0015](I)將環(huán)氧樹脂與固化劑按質量比4:1的比例充分混合攪拌均勻制成膠結劑；
[0016](2)根據(jù)膠結劑的質量稱取一定質量的砂作為骨架砂，使骨架砂與膠結劑的質量比為16:1 ;將骨架砂與膠結劑用攪拌器混合攪拌均勻，使膠結劑均勻地分布在骨架砂上；
[0017](3)將帶有膠結劑的砂粒過篩并離解成團的砂粒；稱取黏土并用篩子篩落到被附一層薄膠膜的砂粒中，邊篩邊攪拌，使細小的黏土顆粒充分粘附在砂粒表面；
[0018](4)根據(jù)出砂巖心樣品的需要，稱取特定質量的細粉砂，利用封口機將可溶性PVA薄膜制作成大小合適未封口的砂袋，將稱取的細粉砂放入準備好的可溶性PVA薄膜砂袋中，并使用封口機封口 ；
[0019](5)將混合有黏土的砂料分層填入出砂巖心制作設備的模具空腔中，填入計劃層數(shù)的砂料后，放入PVA薄膜砂袋，繼續(xù)分層填入砂料，并確保PVA薄膜砂袋位于模具空腔中心處；
[0020](6)按設計的壓力通過出砂巖心制作設備對模具中的砂料和PVA薄膜砂袋進行壓實；
[0021](7)將裝有壓實后巖心的模具放入常溫下的通風壁櫥中風干24小時以上；
[0022](8)待巖心模型膠結固化后取出巖心，根據(jù)需要將巖心切割磨平，準備進行下一步實驗。
[0023]在本發(fā)明的一較佳實施方式中，在步驟(2 )中，所述骨架砂的目數(shù)根據(jù)預埋的細粉砂決定；在步驟(3)中，所述黏土為已知組分的黏土，所述篩子采用篩孔直徑為0.42mm的篩子。
[0024]在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述制作方法的步驟還包括:出砂巖心使用前，將其放入PVA溶解液中靜置8小時左右，使PVA薄膜降解，釋放出其中的細粉砂，然后放入烘干機中以80°C恒溫烘干24小時以上。
[0025]一種壓制上述出砂巖心的制作設備，所述制作設備包括有固定底板、中間托板、頂板和連接于三者之間的支架；所述支架由至少兩根豎直設置的滑柱構成；所述固定底板固定在滑柱的底端，所述頂板通過相應穿孔套設并固定于滑柱頂部，所述中間托板由相應透孔套設并滑設于滑柱中部；所述中間托板下方設有一千斤頂，該中間托板由該千斤頂驅動沿著滑柱向上移動；所述中間托板上方設有一成型模具，該成型模具包括模具本體和模具底堵，所述模具本體上設有上下貫通的圓柱形通孔，所述模具底堵固定設置在模具本體的底端并將圓柱形通孔下端口封堵，由模具本體和模具底堵共同形成一上端開口的圓柱形腔體；所述成型模具還包括一圓柱形擠壓頭，所述擠壓頭的直徑與圓柱形腔體的直徑相同，所述擠壓頭通過一壓板抵頂于頂板的下方。
[0026]在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述千斤頂通過一管路連接一壓力表。
[0027]在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述頂板通過螺栓能調整上下位置地固定于滑柱頂部；所述頂板上設有一貫穿頂板的圓孔，所述圓孔的直徑大于所述圓柱形腔體的直徑。
[0028]由上所述，本發(fā)明的出砂巖心是通過在巖心本體中預埋裝有細粉砂的砂袋并由出砂巖心制作設備擠壓成型為一體而構成，該出砂巖心為含游離細粉砂比較多的砂巖樣品，該出砂巖心能夠模擬含游離砂的巖心，且其中細粉砂能被流體排出，能在一定程度上反映疏松砂巖地層的巖石性質，能為模擬研究井底出砂地層和井底防砂提供技術支持。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中:
[0030]圖1:為本發(fā)明出砂巖心的結構示意圖。
[0031]圖2:為本發(fā)明中細粉砂袋的結構示意圖。
[0032]圖3A:為本發(fā)明中出砂巖心的制作設備結構示意圖。
[0033]圖3B:為本發(fā)明制作設備中頂板的結構示意圖。
[0034]圖3C:為本發(fā)明制作設備中模具底堵的結構示意圖。
[0035]圖4:為利用本發(fā)明制作設備取出巖心時的結構示意圖。
[0036]圖5:為本發(fā)明出砂巖心制作方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0037]為了對本發(fā)明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0038]如圖1、圖2所不,本發(fā)明提出一種出砂巖心100,所述出砂巖心100包括有巖心本體101，巖心本體101內(nèi)部設有被巖心本體101包覆并擠壓的細粉砂袋102 ;所述巖心本體101和細粉砂袋102由一出砂巖心制作設備200 (如圖3A所不)擠壓成型為一體；所述巖心本體101是由骨架砂和膠結劑混合的砂料構成的；所述細粉砂袋102是由聚乙烯醇(PVA)薄膜1021及其內(nèi)部包裹的細粉砂1022 (如圖2所示)構成的。
[0039]由上所述，本發(fā)明的出砂巖心是通過在巖心本體中預埋裝有細粉砂的砂袋并由出砂巖心制作設備擠壓成型為一體而構成，該出砂巖心為含游離細粉砂比較多的砂巖樣品，該出砂巖心能夠模擬含游離砂的巖心，且其中細粉砂能被流體排出，能在一定程度上反映疏松砂巖地層的巖石性質，能為模擬研究井底出砂地層和井底防砂提供技術支持。
[0040]進一步，在本實施方式中，所述砂料中混合有黏土；所述骨架砂與膠結劑的質量比為16:1 ;所述膠結劑是由環(huán)氧樹脂與固化劑按4:1的質量比混合攪拌構成的。
[0041]如圖3A、圖3B、圖3C所示，本發(fā)明還提出一種壓制上述出砂巖心100的制作設備200，所述制作設備200包括有固定底板1、中間托板2、頂板3和連接于固定底板、中間托板、頂板三者之間的支架；所述支架是由至少兩根豎直且呈間隔并排設置的滑柱4構成；所述固定底板I固定在滑柱4的底端，所述頂板3通過相應穿孔31套設并固定于滑柱4頂部，所述中間托板2由相應透孔套設并滑設于滑柱4中部；所述中間托板2下方設有一千斤頂5，該中間托板2由該千斤頂5驅動沿著滑柱4向上移動；所述中間托板2上方設有一成型模具6，該成型模具6包括模具本體61和模具底堵62，所述模具本體61內(nèi)沿其軸向設有上下貫通的圓柱形通孔，所述模具底堵62固定設置在模具本體61的底端并將圓柱形通孔下端口封堵(如圖3C所示，所述模具底堵62設有螺栓孔，通過螺栓固定連接在模具本體61的底端)，由模具本體61和模具底堵62共同形成一上端開口的圓柱形腔體611 ;所述成型模具6還包括一圓柱形擠壓頭63，所述擠壓頭63的直徑與圓柱形腔體611的直徑相同(或略小于圓柱形腔體611的直徑)，擠壓頭63與圓柱形腔體611形成動配合，用于壓實巖心，所述擠壓頭通過一壓板64抵頂于頂板3的下方(頂板3的下表面)。
[0042]在本實施方式的出砂巖心的制作設備中，千斤頂5的活塞桿頂部緊貼并頂持中間托板2底部，為托板上的成型模具6上移提供動力；通過壓板64向下頂壓擠壓頭63，使擠壓頭63與圓柱形腔體611形成滑動配合(在本實施方式中，所述壓板和擠壓頭也可固定為一體)；所述成型模具6的模具本體61是由對合的兩個模塊經(jīng)螺栓連接固定構成。在壓制巖心時，通過千斤頂驅動中間托板舉升成型模具上移，使擠壓頭壓實圓柱形腔體內(nèi)的巖心；
[0043]在本實施方式中，所述支架也可以由多根滑柱4 (三根或四根)構成；所述千斤頂5通過一管路連接一壓力表7，在壓制巖心時，可以獲得對應壓力的巖心。
[0044]在本實施方式中，所述頂板3通過螺栓能調整上下位置地固定于滑柱4頂部，頂板3可通過左右兩個穿孔31在滑柱4上改變位置并由螺栓固定。所述頂板3的板面中部設有一貫穿頂板的圓孔32，所 述圓孔32的直徑大于所述圓柱形腔體611的直徑；該圓孔32可以在將成型后的巖心從圓柱形腔體611中取出時使用。
[0045]具體的取出巖心的過程為:
[0046]成型的巖心被風干后，將模具本體61底部的模具底堵62取下,將擠壓頭63與模具本體61上下顛倒(如圖4所示)，即:將擠壓頭放置在中間托板上，模具本體位于擠壓頭上方，使模具本體61的圓柱形腔體611的端口與頂板3中間的圓孔32對正，通過千斤頂5的舉升，擠壓頭即可把巖心從模具本體的圓柱形腔體611中頂出到頂板的圓孔中，由此，可以將巖心取出。
[0047]本發(fā)明提出一種制作上述出砂巖心100的制作方法，如圖5所示，所述制作方法至少包括以下流程:
[0048]調配膠結劑--^膠結劑與骨架砂混合--^加入黏土--^制作PVA砂袋一
—由制作設備壓制巖心。
[0049]上述制作方法的具體步驟為:
[0050](I)將環(huán)氧樹脂與固化劑按質量比4:1的比例充分混合攪拌均勻制成膠結劑；
[0051](2)根據(jù)膠結劑的質量稱取一定質量的砂作為骨架砂，使骨架砂與膠結劑的質量比為16:1 ;所述骨架砂的目數(shù)根據(jù)預埋的細粉砂決定；將骨架砂與膠結劑用攪拌器混合攪拌均勻，使膠結劑均勻地分布在骨架砂上；
[0052](3)將帶有膠結劑的砂粒過篩并離解成團的砂粒；稱取已知組分的黏土并用篩孔直徑為0.42mm的篩子篩落到被附一層薄膠膜的砂粒中，邊篩邊攪拌，使細小的黏土顆粒充分粘附在砂粒表面；
[0053](4)根據(jù)出砂巖心樣品的需要,稱取一定質量的細粉砂,利用封口機將可溶性PVA薄膜制作成大小合適未封口的砂袋，將稱取的細粉砂放入準備好的可溶性PVA薄膜砂袋中，并使用封口機封口 ；
[0054](5)將混合有黏土的砂料分層填入出砂巖心制作設備的模具空腔中，填入計劃層數(shù)的砂料后，放入PVA薄膜砂袋，繼續(xù)分層填入砂料，并確保PVA薄膜砂袋位于模具空腔中心處；
[0055](6)按設計的壓力通過出砂巖心制作設備對模具中的砂料和PVA薄膜砂袋進行壓實；
[0056](7)將裝有壓實后巖心的模具放入常溫下的通風壁櫥中風干24小時以上；
[0057](8)待巖心模型膠結固化后取出巖心，根據(jù)需要將巖心切割磨平，準備進行下一步實驗。
[0058]所述出砂巖心使用前，先將出砂巖心放入PVA溶解液中靜置8小時左右，使PVA薄膜降解，釋放出其中的細粉砂，然后放入烘干機中以80°C恒溫烘干24小時以上。
[0059]本發(fā)明的出砂巖心是通過在巖心本體中預埋裝有細粉砂的砂袋并由出砂巖心制作設備擠壓成型為一體而構成，該出砂巖心為含游離細粉砂比較多的砂巖樣品，該出砂巖心能夠模擬含游離砂的巖心，且其中細粉砂能被流體排出，能在一定程度上反映疏松砂巖地層的巖石性質，能為模擬研究井底出砂地層和井底防砂提供技術支持。本發(fā)明可通過PVA砂袋預埋特定粒徑細粉砂，從而得到含不同粒徑游離砂的巖心；利用所述出砂巖心的制作設備可以定型并控制巖心的壓制強度，得到特定壓制強度的出砂巖心。
[0060]以上所述僅為本發(fā)明示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本發(fā)明保護的范圍。
【權利要求】
1.一種出砂巖心，其特征在于:所述出砂巖心包括有巖心本體，巖心本體內(nèi)部設有被巖心本體包覆并擠壓的細粉砂袋；所述巖心本體和細粉砂袋由一出砂巖心制作設備擠壓成型為一體；所述巖心本體是由骨架砂和膠結劑混合的砂料構成；所述細粉砂袋由聚乙烯醇薄膜及其內(nèi)部包裹的細粉砂構成。
2.如權利要求1所述的出砂巖心，其特征在于:所述砂料中混合有黏土。
3.如權利要求2所述的出砂巖心，其特征在于:所述骨架砂與膠結劑的質量比為16:1;所述膠結劑是由環(huán)氧樹脂與固化劑按4:1的質量比混合攪拌構成。
4.一種制作上述權利要求1~3任一項出砂巖心的制作方法，所述制作方法至少包括以下流程: 調配膠結劑--^膠結劑與骨架砂混合--^加入黏土--^制作PVA砂袋--^由制作設備壓制巖心。
5.如權利要求4所述的出砂巖心的制作方法，其特征在于:所述制作方法的步驟包 括: (1)將環(huán)氧樹脂與固化劑按質量比4:1的比例充分混合攪拌均勻制成膠結劑； (2)根據(jù)膠結劑的質量稱取一定質量的砂作為骨架砂，使骨架砂與膠結劑的質量比為16:1 ;將骨架砂與膠結劑用攪拌器混合攪拌均勻，使膠結劑均勻地分布在骨架砂上； (3)將帶有膠結劑的砂粒過篩并離解成團的砂粒；稱取黏土并用篩子篩落到被附一層薄膠膜的砂粒中，邊篩邊攪拌，使細小的黏土顆粒充分粘附在砂粒表面； (4)根據(jù)出砂巖心樣品的需要，稱取特定質量的細粉砂，利用封口機將可溶性PVA薄膜制作成大小合適未封口的砂袋，將稱取的細粉砂放入準備好的可溶性PVA薄膜砂袋中，并使用封口機封口； (5)將混合有黏土的砂料分層填入出砂巖心制作設備的模具空腔中，填入計劃層數(shù)的砂料后，放入PVA薄膜砂袋，繼續(xù)分層填入砂料，并確保PVA薄膜砂袋位于模具空腔中心處； (6)按設計的壓力通過出砂巖心制作設備對模具中的砂料和PVA薄膜砂袋進行壓實； (7)將裝有壓實后巖心的模具放入常溫下的通風壁櫥中風干24小時以上； (8)待巖心模型膠結固化后取出巖心，根據(jù)需要將巖心切割磨平，準備進行下一步實驗。
6.如權利要求5所述的出砂巖心的制作方法，其特征在于:在步驟(2)中，所述骨架砂的目數(shù)根據(jù)預埋的細粉砂決定；在步驟(3)中，所述黏土為已知組分的黏土，所述篩子采用篩孔直徑為0.42mm的篩子。
7.如權利要求5所述的出砂巖心的制作方法，其特征在于:所述制作方法的步驟還包括:出砂巖心使用前，將其放入PVA溶解液中靜置8小時左右，使PVA薄膜降解，釋放出其中的細粉砂，然后放入烘干機中以80°C恒溫烘干24小時以上。
8.一種壓制上述出砂巖心的制作設備，其特征在于:所述制作設備包括有固定底板、中間托板、頂板和連接于三者之間的支架；所述支架由至少兩根豎直設置的滑柱構成；所述固定底板固定在滑柱的底端，所述頂板通過相應穿孔套設并固定于滑柱頂部，所述中間托板由相應透孔套設并滑設于滑柱中部；所述中間托板下方設有一千斤頂，該中間托板由該千斤頂驅動沿著滑柱向上移動；所述中間托板上方設有一成型模具，該成型模具包括模具本體和模具底堵，所述模具本體上設有上下貫通的圓柱形通孔，所述模具底堵固定設置在模具本體的底端并將圓柱形通孔下端口封堵，由模具本體和模具底堵共同形成一上端開口的圓柱形腔體；所述成型模具還包括一圓柱形擠壓頭，所述擠壓頭的直徑與圓柱形腔體的直徑相同，所述擠壓頭通過一壓板抵頂于頂板的下方。
9.如權利要求8所述的出砂巖心的制作設備，其特征在于:所述千斤頂通過一管路連接一壓力表。
10.如權利要求8所述的出砂巖心的制作設備，其特征在于:所述頂板通過螺栓能調整上下位置地固定于滑柱頂部；所述頂板上設有一貫穿頂板的圓孔，所述圓孔的直徑大于所述圓柱形 腔體的直徑。
【文檔編號】C04B26/14GK103926122SQ201410148029
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權日:2014年4月11日
【發(fā)明者】張珈銘, 吳曉東, 韓國慶, 劉雙雙, 劉凱, 夏禹, 景紫巖, 張佳, 朱峰, 史舒哲, 梁星原 申請人:中國石油大學(北京)