一種人工砂巖物理模型及其制作方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種人工砂巖物理模型及其制作方法與應(yīng)用。該人工砂巖物理模型的制作方法包括以下步驟：將石英砂、長(zhǎng)石、高嶺土和滑石進(jìn)行球磨混合，得到一混合粉體；在混合粉體中加入粘結(jié)劑，攪拌混合均勻后，得到一混合物料；將混合物料放入模具中，得到填充混合物料的模具；將填充混合物料的模具進(jìn)行壓實(shí)處理后，依次對(duì)坯體進(jìn)行烘烤、燒結(jié)，得到人工砂巖物理模型。本發(fā)明的人工砂巖物理模型由上述方法制作得到。本發(fā)明還提供該人工砂巖物理模型在砂巖儲(chǔ)層地震波響應(yīng)模擬研究中的應(yīng)用。本發(fā)明制作得到了各項(xiàng)巖石物理參數(shù)和力學(xué)特征更加接近天然巖石的人工砂巖物理模型，使該人工砂巖物理模型能夠應(yīng)用在砂巖儲(chǔ)層地震波響應(yīng)模擬研究中。
【專利說(shuō)明】一種人工砂巖物理模型及其制作方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種人工砂巖物理模型及其制作方法與應(yīng)用，屬于油氣勘探和開發(fā)的地球物理研究【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]自然界中的砂巖是指由石英、長(zhǎng)石等碎屑礦物成分沉積形成的沉積碎屑巖，是源區(qū)巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)等一系列地質(zhì)作用在盆地中堆積形成的。砂巖巖石由碎屑和填隙物兩部分構(gòu)成。碎屑主要是石英、長(zhǎng)石兩種礦物，此外還有白云母、重礦物、巖屑等。填隙物包括膠結(jié)物和碎屑雜基兩種組分。砂巖常見膠結(jié)方式有硅質(zhì)膠結(jié)和碳酸鹽質(zhì)膠結(jié)；雜基成分主要指與碎屑同時(shí)沉積的顆粒更細(xì)的黏土礦物或粉砂質(zhì)物。填隙物的成分和結(jié)構(gòu)反映砂巖形成的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境和物理化學(xué)條件。砂巖一般可劃分為:石英砂巖、長(zhǎng)石砂巖和巖屑砂巖三大類。
[0003]砂層和砂巖是構(gòu)成石油、天然氣和地下水儲(chǔ)集和運(yùn)移的主要地層。砂巖儲(chǔ)層是由砂礫沉積并經(jīng)過(guò)膠結(jié)物膠結(jié)而形成的多孔介質(zhì)，固體顆粒構(gòu)成骨架，顆粒之間的間隙稱為孔隙。砂巖主要是由性質(zhì)不同、形狀各異、大小不等的沙粒經(jīng)膠結(jié)物膠結(jié)而形成的。砂巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)層性質(zhì)主要受顆粒的大小、形狀、排列方式，膠結(jié)物的成分、數(shù)量、性質(zhì)以及膠結(jié)方式所控制。
[0004]利用地震物理模型和室內(nèi)超聲波采集系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室采集、處理，進(jìn)而研究特定模型的地震響應(yīng)特征，已經(jīng)成為儲(chǔ)層巖石物理分析的一項(xiàng)重要技術(shù)。其中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是制作具有特定孔隙度、密度和速度的巖石物理模型，用于模擬特定的油氣儲(chǔ)層。這是一項(xiàng)具有重要的研究?jī)r(jià)值和意義的工作。
[0005]在地震物理模擬實(shí)驗(yàn)中，用到的砂巖是一種模擬天然砂巖的成分和結(jié)構(gòu)的人工砂巖，具有特定的儲(chǔ)層巖石物理和地震參數(shù)，用于研究其地震響應(yīng)與儲(chǔ)集參數(shù)之間的關(guān)系。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外制作人工砂巖通常是采用環(huán)氧樹脂膠結(jié)石英砂的方式，但是這種方式制作出來(lái)的人工砂巖，其礦物成分與天然砂巖相差較大，而作為膠結(jié)物的環(huán)氧樹脂與天然砂巖的膠結(jié)物和膠結(jié)方式有著非常大的差別。在實(shí)際地下地層中，巖石是處于高溫高壓的狀態(tài)，而地層中的孔隙流體會(huì)收到溫度和壓力的影響，若要真實(shí)的反應(yīng)儲(chǔ)層的巖石物理參數(shù)和地震響應(yīng)，必須對(duì)人工砂巖進(jìn)行高溫高壓條件下的測(cè)試。而傳統(tǒng)的利用環(huán)氧樹脂膠結(jié)石英砂制作出來(lái)的人工砂巖，不能承受較高的壓力和溫度，因此不能真實(shí)地反映地下儲(chǔ)層的巖石物理特征和地震響應(yīng)。因此，尋找制作人工砂巖的新方法新工藝，制作出與天然砂巖的礦物成分、孔隙結(jié)構(gòu)等各種參數(shù)都相似的人工砂巖，是當(dāng)前必須解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種人工砂巖物理模型及其制作方法。本發(fā)明的制作方法能夠制作得到更接近于天然巖石的人工砂巖物理模型。
[0007]本發(fā)明的目的還在于提供上述人工砂巖物理模型在砂巖儲(chǔ)層地震波響應(yīng)模擬研究中的應(yīng)用。
[0008]為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種人工砂巖物理模型的制作方法，其包括以下步驟:
[0009]將石英砂、長(zhǎng)石、高嶺土和滑石進(jìn)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(jié)劑，攪拌混合均勻后，得到一混合物料；
[0011 ] 將所述混合物料放入模具中，得到填充混合物料的模具；
[0012]將所述填充混合物料的模具進(jìn)行壓實(shí)處理后，得到坯體，將所述坯體依次進(jìn)行烘烤、燒結(jié)后，得到所述的人工砂巖物理模型。
[0013]在上述的制作方法中，優(yōu)選地，所述石英砂、長(zhǎng)石、高嶺土和滑石的重量比為10:1:1:1-10:3:1.5:1。更優(yōu)選地，所述石英砂、長(zhǎng)石、高嶺土和滑石的重量比為10:1:1:1。
[0014]在上述的制作方法中，優(yōu)選地，石英砂、長(zhǎng)石、高嶺土和滑石的細(xì)度均為60至1000目，并且依據(jù)制作要求變化。更優(yōu)選地，所述石英砂的細(xì)度為60-400目，所述長(zhǎng)石的細(xì)度為325-350目，所述高嶺土的細(xì)度為460-540目，所述滑石的細(xì)度為800-900目。選擇不同目數(shù)的石英砂可制作出具有不同孔隙度的人工砂巖物理模型。要求制作孔隙度較大的物理模型則選用顆粒分選性較好的目數(shù)較大的砂粒，要求制作孔隙度較小的物理模型則選用顆粒分選范圍較大的目數(shù)適當(dāng)小的砂粒。還可以根據(jù)實(shí)際需要，采用不同目數(shù)的石英砂按照一定比例進(jìn)行混合而使用。
[0015]在上述的制作方法中，優(yōu)選地，所述混合粉體與粘結(jié)劑的重量比為10:1-10:3。更優(yōu)選地，所述混合粉體與粘結(jié)劑的重量比為10:1。
[0016]在上述的制作方法中，優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑為水玻璃，該水玻璃粘結(jié)劑起到塑造坯體的作用。更優(yōu)選地，所述水玻璃的模數(shù)為2.5，密度為1.4g/cc。使用模數(shù)稍低、密度稍小的水玻璃，能夠延長(zhǎng)固化時(shí)間，有利于混合物料和坯體的均勻。
[0017]在上述的制作方法中，優(yōu)選地，所述模具為清洗干凈并涂抹凡士林后的模具，使坯體不會(huì)與模具四周粘連。
[0018]在上述的制作方法中，優(yōu)選地，所述壓實(shí)處理的壓力為IOT至100T。所述壓實(shí)處理為在IOT至100T下保持一定時(shí)間，該時(shí)間可由本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行常規(guī)的調(diào)控，只要保證模具中的混合物料被壓實(shí)即可。
[0019]在上述的制作方法中，優(yōu)選地，所述烘烤的溫度為40°C -60°C，烘烤時(shí)間根據(jù)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。
[0020]在上述的制作方法中，根據(jù)各原料的配比選擇合適的燒結(jié)時(shí)間和升溫速度，優(yōu)選地，所述燒結(jié)的升溫速度為5°C /min，燒結(jié)溫度為1000-1300°C，時(shí)間為3_8小時(shí)(也就是以50C /min的升溫速度進(jìn)行升溫達(dá)到1000-1300°C保溫3_8小時(shí))。更優(yōu)選地，燒結(jié)時(shí)間為5小時(shí)。
[0021]在上述的制作方法中，可以將燒結(jié)完畢并自然冷卻至室溫后的人工砂巖物理模型的邊緣打磨光滑，并且可以通過(guò)切割鉆柱等方式將其加工成所需要的形狀和大小。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，優(yōu)選地，上述制作方法包括以下步驟:
[0023]將石英砂、長(zhǎng)石、高嶺土和滑石按照10:1:1:1-10:3:1.5:1的重量比進(jìn)行球磨混合，得到一混合粉體；
[0024]按照10:1-10:3的重量比在所述混合粉體中加入粘結(jié)劑，攪拌混合均勻后，得到一混合物料；
[0025]將所述混合物料逐層放入模具中，得到填充混合物料的模具；
[0026]將所述填充混合物料的模具在IOT至100T的壓力下進(jìn)行壓實(shí)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(nèi)，以5°C /min的升溫速度升溫至1000-1300°C的燒結(jié)溫度保溫3_8小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)后，得到所述的人工砂巖物理模型。
[0027]本發(fā)明還提供一種人工砂巖物理模型，其是由上述的人工砂巖物理模型的制作方法所制作得到的。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，優(yōu)選地，上述人工砂巖物理模型的密度為1.5g/cc-2.4g/cc，孔隙度為 10%-30%，縱波速度為 1500m/s-4500m/s。
[0029]本發(fā)明還提供上述的人工砂巖物理模型在砂巖儲(chǔ)層地震波響應(yīng)模擬研究中的應(yīng)用。
[0030]本發(fā)明的人工砂巖物理模型，可用于研究砂巖儲(chǔ)層的地球物理響應(yīng)，為進(jìn)行砂巖地震物理模型模擬提供模型材料，為實(shí)際的砂巖儲(chǔ)層研究結(jié)果的對(duì)比及驗(yàn)證提供可靠的依據(jù)，以尋找研究砂巖油氣儲(chǔ)層地震勘探的新方法新思路。
[0031]本發(fā)明依據(jù)地震物理模擬技術(shù)特點(diǎn)，從實(shí)際地層特征中的巖石的結(jié)構(gòu)和礦物成分與實(shí)驗(yàn)室模型制作的關(guān)系出發(fā)，制作得到了人工砂巖物理模型，使其各項(xiàng)巖石物理參數(shù)和力學(xué)特征更加接近天然巖石，使該人工砂巖物理模型能夠應(yīng)用在砂巖儲(chǔ)層地震波響應(yīng)模擬研究中。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為實(shí)施例1和實(shí)施例2的人工砂巖物理模型的制作方法流程圖。
[0033]圖2為實(shí)施例1的人工砂巖物理模型的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說(shuō)明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。
[0035]實(shí)施例1
[0036]本實(shí)施例提供一種人工砂巖物理模型的制作方法，如圖1所示，其包括以下步驟:
[0037]將100目的石英砂500g、350目的長(zhǎng)石50g、500目的高嶺土 50g和800目的滑石50g放入球磨罐內(nèi)，將球磨罐放入球磨機(jī)進(jìn)行干法球磨混合，混合均勻后,得到一混合粉體；
[0038]在所述混合粉體中加入65g水玻璃(該水玻璃的模數(shù)為2.5，密度為1.4g/cc)，放入攪拌機(jī)內(nèi)攪拌混合均勻后，得到一混合物料；
[0039]將清洗并組裝完畢的模具四周涂抹凡士林后，將所述混合物料放入模具中，得到填充混合物料的模具；
[0040]將所述填充混合物料的模具放在壓機(jī)上，在20T的恒定壓力下保持24小時(shí)進(jìn)行壓實(shí)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40°C -60°C下烘烤4天，以使其完全固化，然后放入高溫馬弗爐內(nèi)，以5°C /min的升溫速度升溫至1100°C進(jìn)行3個(gè)小時(shí)燒結(jié)后，得到所述的雙孔隙物理模型；將燒結(jié)完畢并自然冷卻至室溫后的人工砂巖物理模型的邊緣打磨光滑，并且可以通過(guò)切割鉆柱等方式將其加工成所需要的形狀和大小。
[0041]經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例的人工砂巖物理模型的密度約為2.03g/cc ;孔隙度約為25% ;縱波速度約為2874m/s。實(shí)際天然高孔隙度砂巖的密度為2.12-2.16g/cc，孔隙度為2%_32%，縱波速度為 3400-4790m/s (Strandenes S.Rock physics analysis of the Brent GroupReservoir in the Oseberg Field:Stanford Rock Physics and Borehole GeophysicsPix)jeCt[J].1991，)。以上各項(xiàng)參數(shù)與實(shí)際天然砂巖物理參數(shù)接近，符合模擬實(shí)驗(yàn)要求。如圖2所示，該人工砂巖物理模型的掃描電子顯微鏡照片顯示其孔隙結(jié)構(gòu)均勻、分選度好。
[0042]其中，密度、孔隙度、縱波速度的測(cè)試及計(jì)算方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的測(cè)試及計(jì)算方法，具體請(qǐng)參考《巖石物理學(xué)》(中國(guó)科技大學(xué)出版社，12.4，288頁(yè)，13.1,293頁(yè))中所述的測(cè)試及計(jì)算方法。
[0043]實(shí)施例2
[0044]本實(shí)施例提供一種人工砂巖物理模型的制作方法，其與實(shí)施例1的制作方法基本相同，不同之處在于:石英砂為重量比為1:1的200目石英砂和400目石英砂的混合(石英砂的總重量為500g)，壓實(shí)處理的壓力為100T，燒結(jié)溫度為1300°C。
[0045]經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例的人工砂巖物理模型的密度約為2.3g/cc，孔隙度約為10%，縱波速度約為4100m/s。實(shí)際天然砂巖的各項(xiàng)參數(shù)如實(shí)施例1所述。以上各項(xiàng)參數(shù)與實(shí)際天然砂巖物理參數(shù)接近，符合模擬實(shí)驗(yàn)要求。
【權(quán)利要求】
1.一種人工砂巖物理模型的制作方法，其包括以下步驟: 將石英砂、長(zhǎng)石、高嶺土和滑石進(jìn)行球磨混合，得到一混合粉體； 在所述混合粉體中加入粘結(jié)劑，攪拌混合均勻后，得到一混合物料； 將所述混合物料放入模具中，得到填充混合物料的模具； 將所述填充混合物料的模具進(jìn)行壓實(shí)處理后，得到坯體，將所述坯體依次進(jìn)行烘烤、燒結(jié)后，得到所述的人工砂巖物理模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其中，所述石英砂、長(zhǎng)石、高嶺土和滑石的重量比為 10:1:1:1-10:3:1.5:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其中，所述石英砂的細(xì)度為60-400目，所述長(zhǎng)石的細(xì)度為325-350目，所述高嶺土的細(xì)度為460-540目，所述滑石的細(xì)度為800-900目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其中，所述混合粉體與粘結(jié)劑的重量比為10:1-10:3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其中，所述粘結(jié)劑為水玻璃；優(yōu)選地，所述水玻璃的模數(shù)為2.5，密度為1.4g/cc。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其中，所述壓實(shí)處理的壓力為IOT至100T。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其中，所述燒結(jié)的升溫速度為5°C/min，燒結(jié)溫度為1000-1300°C，時(shí)間為3-8小時(shí)。
8.—種人工砂巖物理模型，其是由權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的人工砂巖物理模型的制作方法所制作得到的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的人工砂巖物理模型，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。
10.權(quán)利要求8或9所述的人工砂巖物理模型在砂巖儲(chǔ)層地震波響應(yīng)模擬研究中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】G01V1/28GK103616715SQ201310646188
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】丁拼搏, 狄?guī)妥? 魏建新, 欒鑫元 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油大學(xué)(北京)