可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法和巖心模型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法和巖心模型，該制造方法包括以下步驟：步驟一：將依次層疊設(shè)置的上玻璃片（11）、真實(shí)巖心薄片（12）和下玻璃片（13）放置在載物墊板（14）上；步驟二：將上玻璃片（11）、真實(shí)巖心薄片（12）、下玻璃片（13）和載物墊板（14）放置在加熱裝置中加熱至上玻璃片（11）和下玻璃片（13）融化；步驟三：冷卻。該可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法制造出的巖心模型能在高溫高壓油藏條件下保證密封、不滲漏、不破裂，而且該巖心模型具有很好的光通透性。
【專利說明】可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法和巖心模型
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣田開發(fā)實(shí)驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法，還是一種巖心模型。
【背景技術(shù)】
[0002]微觀滲流實(shí)驗(yàn)是油氣田開發(fā)領(lǐng)域機(jī)理研究的重要實(shí)驗(yàn)技術(shù)，其核心內(nèi)容是觀察微觀模型內(nèi)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(nèi)模型和外模型。內(nèi)模型為觀察介質(zhì)，最為常用的是玻璃模型；外模型為內(nèi)模型提供高溫高壓環(huán)境，具備加熱系統(tǒng)和耐壓設(shè)計(jì)。
[0004]目前，內(nèi)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(jié)構(gòu)的平面孔隙通道。簡(jiǎn)要的實(shí)驗(yàn)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(nèi)的流體無法進(jìn)入玻璃模型內(nèi)；其次將外模型按照實(shí)驗(yàn)流程連接；再次，逐步將外模型和內(nèi)模型逐漸升溫升壓至設(shè)計(jì)溫度、壓力；最后，進(jìn)行滲流實(shí)驗(yàn)。
[0005]目前微觀滲流實(shí)驗(yàn)所使用的玻璃模型存在種類單一的問題，這與滲流實(shí)驗(yàn)條件下模型的制作方法有關(guān)。通常是在一平面玻璃刻蝕有圖案或孔隙結(jié)構(gòu)，另一平面玻璃覆蓋其上。
[0006]玻璃刻蝕模型在流動(dòng)形態(tài)、流體界面作用和驅(qū)油效率等研究中起到重要作用，但是其圖案畢竟與真實(shí)巖石的孔隙結(jié)構(gòu)有很大差異，且不能研究流體與巖石固相間的作用，這嚴(yán)重限制了流固耦合等重要內(nèi)容的研究。目前也有許多研究者采用填砂的玻璃模型來模擬孔隙結(jié)構(gòu)，該方法雖然相對(duì)原有玻璃刻蝕模型具有一定的進(jìn)步，除了砂粒之間的孔隙與真實(shí)巖心相差較大外，其承受壓力低的限制也沒有足夠突破。若采用真實(shí)巖石磨制的具有高度透光能力的薄片代替填砂模型，其密封、承壓?jiǎn)栴}仍然最根本的困擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有微觀滲流實(shí)驗(yàn)用的玻璃模型在密封和承壓上存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法和巖心模型。該可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法制造出的巖心模型能在高溫高壓油藏條件下保證密封、不滲漏、不破裂，而且該巖心模型具有很好的光通透性。
[0008]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法，所述可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法包括以下步驟:
[0009]步驟一:將依次層疊設(shè)置的上玻璃片、真實(shí)巖心薄片和下玻璃片放置在載物墊板上；
[0010]步驟二:將上玻璃片、真實(shí)巖心薄片、下玻璃片和載物墊板放置在加熱裝置中加熱至上玻璃片和下玻璃片融化；
[0011]步驟三:冷卻。[0012]在步驟一中，真實(shí)巖心薄片的面積小于上玻璃片的面積，并且真實(shí)巖心薄片的面積小于下玻璃片的面積。
[0013]真實(shí)巖心薄片的長度為5cm?IOcm,真實(shí)巖心薄片的寬度為2cm?5cm,真實(shí)巖心薄片的厚度為0.3mm?0.5mm。
[0014]在步驟一中，載物墊板為陶制墊板，該陶制墊板是首先采用1000目?1500目的高嶺土按照制陶工藝制作坯體再將該坯體在900°C?1000°C燒制成的。
[0015]在步驟一中，上玻璃片的厚度為2mm?3mm,下玻璃片的厚度為2mm?3mm,下玻璃片設(shè)有連通下玻璃片的外部和真實(shí)巖心薄片的兩個(gè)通孔。
[0016]通孔內(nèi)設(shè)有陶柱，陶柱的高度小于等于下玻璃片的厚度。
[0017]在步驟二中，所述加熱是按照100°C /小時(shí)?200°C /小時(shí)的梯度升溫，加熱至800°C?850°C，然后保溫 IOmin ?20min。
[0018]在步驟三中，所述冷卻為在600°C之前，按照200°C /小時(shí)的梯度降溫，每降低100°C后保溫IOmin ;在600?200°C之間，按照100°C /小時(shí)的梯度降溫，每降低100°C后保溫 30min。
[0019]在200°C以下時(shí)，該加熱裝置停止加熱并在加熱裝置內(nèi)自然冷卻。
[0020]一種由上述的制造方法制成的巖心模型，該巖心模型包括真實(shí)巖心薄片和密封包裹真實(shí)巖心薄片的玻璃外殼，玻璃外殼上設(shè)有至少兩個(gè)通孔。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022]1.該可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法能夠使融解態(tài)的玻璃依照真實(shí)巖心薄片的外形將真實(shí)巖心薄片緊密包裹，形成的可視化全封閉真實(shí)巖心模型的外承受壓力與圍壓相同，不受模型內(nèi)外壓差的限制；
[0023]2.該可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法保障了可視化全封閉真實(shí)巖心模型的光通透性；
[0024]3.該可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法對(duì)設(shè)備要求簡(jiǎn)單，適用于各類研究機(jī)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法及巖心模型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0026]圖1是上玻璃片、真實(shí)巖心薄片和下玻璃片的放置順序示意圖。
[0027]圖2是加熱前上玻璃片、真實(shí)巖心薄片、下玻璃片和載物墊板的放置順序示意圖。
[0028]圖3是制成的巖心模型的示意圖。
[0029]其中11.上玻璃片，12.真實(shí)巖心薄片，13.下玻璃片，131.通孔，14.載物墊板，15.托盤，16.玻璃外殼。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法進(jìn)行詳細(xì)說明。該可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法包括以下步驟:
[0031]步驟一:將依次層疊設(shè)置的上玻璃片11、真實(shí)巖心薄片12和下玻璃片13放置在載物墊板14上，如圖1和圖2所示；
[0032]步驟二:將上玻璃片11、真實(shí)巖心薄片12、下玻璃片13和載物墊板14放置在加熱裝置中加熱至上玻璃片11和下玻璃片13融化；
[0033]步驟三:冷卻，從所述加熱裝置中取出該可視化全封閉真實(shí)巖心模型，最終獲得如圖3所示的可視化全封閉真實(shí)巖心模型。
[0034]該可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法能夠?qū)⒄鎸?shí)巖心薄片12密封包裹在玻璃內(nèi)，從而可以保存巖石的固相組分、孔隙結(jié)構(gòu)及連通性能等全部信息，克服了玻璃刻蝕模型只具有喉道模擬的缺點(diǎn)。融融態(tài)的玻璃在緊密接觸巖石表面的同時(shí)，一方面沒有滲入巖石的孔隙內(nèi)，保證了該真實(shí)巖心孔隙不受污染；另一方面玻璃與真實(shí)巖心成為整體，密封性強(qiáng)，而且承受外壓的能力大幅提高。該可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法既保持了玻璃通透性便于觀察巖心的能力，也解決了玻璃表面與真實(shí)巖心薄片12表面密封且能承壓的核心問題。
[0035]在真實(shí)巖心模型發(fā)展過程中也遇到與填砂模型類似的問題，且嚴(yán)重程度更甚。原因是真實(shí)巖心不具備緩慢調(diào)整的能力，即使是打磨過的真實(shí)模型其表面也存在0.1mm的起伏差距。圍壓升高時(shí)，很容易破裂，其圍壓承受能力較填砂模型低。研究中將透明膠體填在巖石片兩側(cè)，以期形成與玻璃相融合的效果，則承壓均勻且面積大大提高。但其存在致命的缺點(diǎn)，即透明膠體部分滲透進(jìn)巖石孔隙，污染了巖石結(jié)構(gòu)；且膠體與玻璃的折光率不同，導(dǎo)致表面通透性很差。以上兩個(gè)原因限制了真實(shí)巖心模型的發(fā)展。而本發(fā)明所述可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法制造出的可視化全封閉真實(shí)巖心模型卻可以解決上述技術(shù)問題。
[0036]下面詳細(xì)介紹本發(fā)明所述可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法:
[0037]在步驟一中，真實(shí)巖心薄片12的面積小于上玻璃片11的面積，并且真實(shí)巖心薄片12的面積小于下玻璃片13的面積，如圖1和圖2所示。其中，真實(shí)巖心薄片12的長度為5cm?IOcm,真實(shí)巖心薄片12的寬度為2cm?5cm,真實(shí)巖心薄片12的厚度為0.3mm?
0.5mm。上玻璃片11和下玻璃片13均為光學(xué)玻璃片，該光學(xué)玻璃片具有高透光性、高清潔度，其軟化點(diǎn)為600?700°C間，厚度3mm。
[0038]在步驟一中，載物墊板14為陶制墊板，該陶制墊板是首先采用1000目?1500目的高嶺土按照制陶工藝制作坯體再將該坯體在900°C?1000°C燒制成的。本實(shí)施例中，載物墊板14的制作，首先采用1200目高嶺土按照制陶工藝制作坯體，步驟包括:和泥、摔打、制形、保濕晾干、修補(bǔ)和兩端磨平。坯體做好后不施釉，在低溫(1000°C以下)燒制成陶制墊板。
[0039]下面介紹使用該載物墊板14的優(yōu)點(diǎn)，載物墊板I的要求是兩端平整、表面細(xì)膩、熱傳導(dǎo)性差的耐溫板，市場(chǎng)商品中很難滿足。陶、瓷制品是最為接近的兩種材料，但由于陶、瓷商品均會(huì)在表面施釉，而釉質(zhì)材料在900°C以上時(shí)，融化狀態(tài)的玻璃會(huì)與之互融，冷卻后玻璃粘在墊片上。耐火磚材質(zhì)的缺點(diǎn)是表面粗糙，燒制的玻璃表面太粗糙。金屬板的缺點(diǎn)是熱傳導(dǎo)性好，玻璃熱傳導(dǎo)性較差、內(nèi)部巖石薄片的熱傳導(dǎo)很差，降溫過程中，對(duì)應(yīng)的接觸面收縮應(yīng)力不統(tǒng)一，造成玻璃龜裂、巖石薄片破碎。還嘗試用浮法玻璃制作方式制作模型。即:利用液態(tài)錫的浮力將玻璃托舉，優(yōu)點(diǎn)是玻璃下表面中間部分非常平整。缺點(diǎn)是:錫與玻璃表面有薄膜狀浸入；錫與玻璃的界面張力較大，玻璃下表面邊緣部分有較深的凹痕；高溫錫在空氣中氧化嚴(yán)重，部分錫氣化，污染重。從而可見使用該載物墊板14的優(yōu)點(diǎn)。另外，該載物墊板14在每次使用后，需要對(duì)表面重新打磨，作用是除去表面污損、保證表面平整。
[0040]在步驟一中，上玻璃片11的厚度為2mm?3mm,下玻璃片13的厚度為2mm?3mm,下玻璃片13設(shè)有連通下玻璃片13的外部和真實(shí)巖心薄片12的兩個(gè)通孔131。該兩個(gè)通孔131的作用是在該可視化全封閉真實(shí)巖心模型制成后在該可視化全封閉真實(shí)巖心模型的表面形成流體的入口和流體的出口，便于實(shí)驗(yàn)觀察。
[0041]在步驟二前，需要進(jìn)行加熱前的準(zhǔn)備，首先檢查真實(shí)巖心薄片12是否經(jīng)過沸水除蠟、高溫氣化蠟的步驟；其次檢查上玻璃片11和下玻璃片13是否清潔，若有污潰，用酒精擦拭。再次將上玻璃片11、真實(shí)巖心薄片12和下玻璃片13圖1所示順序放置，并放置在安放好載物墊板14的托盤15內(nèi)，見圖2。
[0042]在步驟二中，所述加熱是按照100°C /小時(shí)?200°C /小時(shí)的梯度升溫，加熱至800°C?850°C，然后保溫IOmin?20min。具體是在本實(shí)施例中，將托盤15放入馬弗爐內(nèi)，按照200°C /小時(shí)的梯度升溫，最高溫度設(shè)置為800°C，保溫恒定lOmin，上玻璃片11和下玻璃片13在高溫下達(dá)到融化狀態(tài)，上玻璃片11的邊緣融化后會(huì)在重力的作用下向下流動(dòng)并與下玻璃片13的邊緣融合在一起，真實(shí)巖心薄片12與熔融狀的兩片玻璃燒結(jié)成一體,使巖心的表面完全與玻璃相吻合。其中，馬弗爐的最高加熱溫度1200°C即可，托盤為1200°C以上高溫形成的瓷質(zhì)盤。
[0043]在步驟三中，所述冷卻為在600°C之前，按照200°C /小時(shí)的梯度降溫，每降低100°C后保溫IOmin ;在600?200°C之間，按照100°C /小時(shí)的梯度降溫，每降低100°C后保溫30min。該過程的目的是消除玻璃內(nèi)收縮應(yīng)力。
[0044]在200°C以下時(shí)，該加熱裝置可以停止加熱，并讓該可視化全封閉真實(shí)巖心模型在加熱裝置內(nèi)隨爐自然冷卻。冷卻到室溫時(shí)，取出該可視化全封閉真實(shí)巖心模型，如圖3所
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[0045]在步驟三后，對(duì)該可視化全封閉真實(shí)巖心模型進(jìn)行精密和拋光。燒結(jié)好的該可視化全封閉真實(shí)巖心模型在下表面難免有些細(xì)粒高嶺土的粘結(jié)，采用1500目砂紙水磨，確保巖石薄片部分透明、清澈，之后拋光。
[0046]該可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法能夠?qū)r心薄片與熔融狀的兩片玻璃燒結(jié)成一體，使巖石表面完全與玻璃相吻合，圍壓增加時(shí)，整體巖石表面(無論突出點(diǎn)與低洼點(diǎn))均勻承受壓力，模型整體耐壓能力大大增強(qiáng)，與圍壓極限相同。同時(shí)，熔融狀的玻璃依然保持了較大的粘度，不會(huì)滲透進(jìn)巖石孔隙，不影響薄片的滲透性。模型清晰、透明。
[0047]一種由上述的可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法制成的巖心模型，如圖3所不，該巖心模型包括真實(shí)巖心薄片12和密封包裹真實(shí)巖心薄片12的玻璃外殼16,玻璃外殼16上設(shè)有兩個(gè)通孔131。該巖心模型最大的特點(diǎn)是玻璃外殼16無粘接劑無接縫。
[0048]在準(zhǔn)備階段，如果巖心薄片除蠟不充分、或使用其它有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)磨制巖心，則在燒結(jié)過程中，會(huì)出現(xiàn)玻璃鼓漲、巖石薄片與玻璃接觸面小氣泡積聚和玻璃外表面污濁等現(xiàn)象。原因是:玻璃的軟化點(diǎn)在600?700°C間，即在該溫度加熱期間，上片玻璃緩慢軟化，邊緣在重力作用下拉伸、滑落并與下片玻璃形成封閉。溫度繼續(xù)升高，殘余的蠟或膠結(jié)物繼續(xù)氣化，這部分氣體造成了上述現(xiàn)象的產(chǎn)生。
[0049]該可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法能夠使融解態(tài)的玻璃依照真實(shí)巖心薄片的外形將真實(shí)巖心薄片緊密包裹，形成的可視化全封閉真實(shí)巖心模型的外承受壓力與圍壓相同，不受模型內(nèi)外壓差的限制；該可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法保障了可視化全封閉真實(shí)巖心模型的光通透性；該可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法對(duì)設(shè)備要求簡(jiǎn)單，適用于各類研究機(jī)構(gòu)。
[0050]以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，不能以其限定發(fā)明實(shí)施的范圍，所以其等同組件的置換，或依本發(fā)明專利保護(hù)范圍所作的等同變化與修飾，都應(yīng)仍屬于本專利涵蓋的范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法，其特征在于，所述可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法包括以下步驟: 步驟一:將依次層疊設(shè)置的上玻璃片(11)、真實(shí)巖心薄片(12)和下玻璃片(13)放置在載物墊板(14)上； 步驟二:將上玻璃片(11)、真實(shí)巖心薄片(12)、下玻璃片(13)和載物墊板(14)放置在加熱裝置中加熱至上玻璃片(11)和下玻璃片(13)融化； 步驟三:冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法，其特征在于:在步驟一中，真實(shí)巖心薄片(12)的面積小于上玻璃片(11)的面積，并且真實(shí)巖心薄片(12)的面積小于下玻璃片(13)的面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法，其特征在于:真實(shí)巖心薄片(12)的長度為5cm?IOcm,真實(shí)巖心薄片(12)的寬度為2cm?5cm,真實(shí)巖心薄片(12)的厚度為0.3mm?0.5_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法，其特征在于:在步驟一中，載物墊板(14)為陶制墊板，該陶制墊板是首先采用1000目?1500目的高嶺土按照制陶工藝制作坯體再將該坯體在900°C?1000°C燒制成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法，其特征在于:在步驟一中，上玻璃片(11)的厚度為2mm?3mm,下玻璃片(13)的厚度為2mm?3mm,下玻璃片(13)設(shè)有連通下玻璃片(13)的外部和真實(shí)巖心薄片(12)的兩個(gè)通孔(131 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法，其特征在于:通孔(131)內(nèi)設(shè)有陶柱(132)，陶柱(132)的高度小于等于下玻璃片(13)的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法，其特征在于:在步驟二中，所述加熱是按照100°C /小時(shí)?200°C /小時(shí)的梯度升溫，加熱至800°C?850°C，然后保溫IOmin?20min。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法，其特征在于:在步驟三中，所述冷卻為在600°C之前，按照200°C /小時(shí)的梯度降溫，每降低100°C后保溫IOmin ;在600?200°C之間，按照100°C /小時(shí)的梯度降溫，每降低100°C后保溫30min。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可視化全封閉真實(shí)巖心模型的制造方法，其特征在于:在200°C以下時(shí)，該加熱裝置停止加熱并在加熱裝置內(nèi)自然冷卻。
10.一種由權(quán)利要求1?9中任何一項(xiàng)所述的制造方法制成的巖心模型,其特征在于:該巖心模型包括真實(shí)巖心薄片(12)和密封包裹真實(shí)巖心薄片(12)的玻璃外殼(16),玻璃外殼(16)上設(shè)有至少兩個(gè)通孔(131)。
【文檔編號(hào)】G01N13/04GK103471882SQ201310364267
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】李實(shí) , 馬德勝, 陳興隆, 秦積舜, 俞宏偉, 張可, 姬澤敏, 李軍 申請(qǐng)人:中國石油天然氣股份有限公司