本發(fā)明屬于油藏開發(fā)技術領域，具體涉及一種制備人造方巖心的模具及方巖心的制備方法。

背景技術：

在水驅油田開發(fā)過程中，化學驅油劑對于改善水驅開發(fā)效果和提高原油采收率具有十分重要的作用，具備某種功能的驅油劑產品往往有許多，這就需要對產品優(yōu)選。產品優(yōu)選的依據是它在油藏巖心中的滲流特性，即需要開展巖心驅替實驗。目前，由于天然巖心價格高且受來源和規(guī)格的限制，國內研究機構進行巖心驅替實驗時多數(shù)采用人造巖心。

目前，人造巖心制作方法有石英砂環(huán)氧樹脂膠結、石英砂或玻璃球充填和石英砂磷酸鋁燒結等幾種，其中石英砂磷酸鋁燒結法制作巖心的重復性差，石英砂或玻璃球充填模型不含膠結物，其孔隙尺寸和孔隙結構等方面與天然巖心差別較大，這兩種巖心的應用受到限制。石英砂環(huán)氧樹脂膠結巖心不僅巖石孔隙尺寸和結構特征與天然巖心相近，而且制作工藝簡單、巖心重復性優(yōu)良，因而在國內石油科學研究中被廣泛應用。

但常用的環(huán)氧樹脂是以液體狀呈現(xiàn)的，包括磷酸鋁、硅酸鹽類環(huán)氧樹脂。液體與固體的混合程度受到液體狀環(huán)氧樹脂的黏度影響，制作巖心過程中，由于液固混合物在模具中提留時間較長，如果液體黏度不足，那么附著在顆粒表面的附著力不足，液體將在重力作用下向模具底部運移，成型后的均質巖心在一定程度上是非均質的，表現(xiàn)出孔隙式膠結形式。采用液體狀的膠結劑是不可避免這種現(xiàn)象的產生。因此，對于點接觸膠結方式的巖心制造，該方法是行不通的，需要開拓新方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

本發(fā)明還有一個目的是提供一種制備人造方巖心的模具及方巖心的制備方法，為實驗研究點接觸式膠結油藏而制備出點接觸人造方巖心，滿足室內關于點接觸油藏類型的實驗研究。

為了實現(xiàn)根據本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種制備人造巖心的模具，包括：

底板；

墊片，其鋪設在所述底板上面；

方形環(huán)板，其設于所述墊片上面，所述方形環(huán)板中間掏空成四個并列的矩形通孔，所述通孔尺寸：長×寬×高的尺寸為300mm×45mm×135mm；

壓塊組，其包括四個與矩形通孔相匹配的壓塊，所述壓塊內部設有T字型排氣通道，排氣通道的三個端口分別位于壓塊的壓制表面和左右側面；

刮平工具，其包括刮板、橫梁、松緊調節(jié)旋鈕和尺寸調節(jié)旋鈕，所述刮板上設置有尺寸刻度，尺寸調節(jié)旋鈕設于刮板的一側頂端，所述橫梁包括兩夾板，夾板一側邊緣中部開設有凹陷部，兩夾板的凹陷部相對設置，所述刮板以垂直于夾板的方式設置于兩塊夾板之間的凹陷部內，通過松緊調節(jié)旋鈕固定，且相對于兩塊夾板上下滑動調節(jié)尺寸。

優(yōu)選的是，所述方形環(huán)板的四角位置分別設有吊環(huán)。

優(yōu)選的是，所述模具內壁表面粗糙度Ra≤0.025μm。

一種人造方巖心的制備方法，包括如下步驟：

(1)組裝模具；

(2)制備膠結劑：所述膠結劑由聚酯樹脂、固化劑、流平劑和硫酸鋇按質量百分比混合而成，其中，聚酯樹脂質量百分含量為80％～94％，固化劑質量百分含量為4.5％～14％，流平劑質量百分含量為1％～5％，硫酸鋇質量百分含量為0.5％～1.0％；

(3)配料裝模：將石英砂、粘土礦物和膠結劑按比例混合均勻，裝入模具的矩形通孔內；

(4)壓制成型：采用螺栓固定壓塊與主體模具，將填裝好的模具放置在液壓機上，在壓制壓力50MPa～58MPa條件下預壓10min，然后保持恒定壓力50MPa穩(wěn)壓15min；

(5)加熱固化：將卸壓后的模具整體放入高溫烘箱內，先在98℃下烘烤240min，然后升溫至120℃烘烤30min，最后升溫至210℃烘烤10min；

(6)脫模：將經過加熱固化的模具中的巖心取出，拆卸底板和壓塊螺栓，液壓機連接吊環(huán)提升模具，然后選用鐵塊支撐模具底部，采用壓塊頂出巖心，最終得到成型的人造方巖心。

優(yōu)選的是，所述膠結劑與石英砂的混合質量比為1:100～200。

優(yōu)選的是，所述人造方巖心的制備方法中步驟(3)中，將混合物加入模具后，將模具放于振動裝置上振動，然后用刮平工具將混合物表面刮平，最后將壓塊置于混合物表面。

優(yōu)選的是，所述人造方巖心的制備方法還包括步驟(7)切割：在空氣、氮氣或液氮三者中任意一種氣體氛圍保護下切割巖心兩端，得到長度、寬度、高度分別為300mm、45mm、45mm的人造方巖心。

本發(fā)明包括以下有益效果：

其一、本發(fā)明采用自行設計組裝的模具，根據實際需要可以一次性制備出最多四個巖心，優(yōu)化了巖心壓塊內部結構，壓塊內部設有T字型排氣通道，排氣通道的三個端口分別位于壓塊的壓制表面和左右側面，避免了填壓過程中，因為巖心空腔內的氣體沖擊混合物顆粒，改變混合均勻后的顆粒接觸關系，甚至使混合物從排氣通道沖出，底板、方形環(huán)板及壓塊的表面均打磨粗糙，有利于石英砂顆粒在填壓過程中與模具的契合，又不影響取出巖心時對巖心壁面的損傷；

其二、改進了刮平工具的結構和尺寸，該尺寸的刮平工具與模具相匹配，且刮板厚度適中，刮板與模具形成最佳契合，且可以調節(jié)刮板高度，能夠穩(wěn)定控制刮平板，確保刮平板不傾斜，確保刮平效果；

其三、本發(fā)明中對膠結劑進行了優(yōu)化，將聚酯樹脂、固化劑、流平劑和硫酸鋇按最佳質量百分比混合制得膠結劑，其對混合物顆粒具有更好的膠結固化成型作用，避免了因膠結劑含量過多，不易分散，直接膠結成死孔隙結構的現(xiàn)象，進而獲得優(yōu)質的人造巖心；

其四、在壓制成型步驟中，先預壓10min，然后穩(wěn)壓15min，通過預壓和穩(wěn)壓使混合物顆粒接觸方式在該壓力條件下更穩(wěn)定；

最后、在加熱固化步驟中：先在98℃下烘烤240min，然后升溫至120℃烘烤30min，最后升溫至210℃烘烤10min，首先經過傳熱使恒溫箱內熱量均勻傳遞至巖心內部各個位置，為下一步加熱作鋪墊，使聚酯樹脂的最佳溫度和時間下融化，避免孔隙結構變化，進而制得性能優(yōu)良的巖心。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1人造方巖心的模具結構示意圖；

圖2為壓塊結構示意圖；

圖3為壓塊剖面圖；

圖4為刮平工具結構示意圖。

圖中標號：

底板1、方形環(huán)板2、墊片3、壓塊組4、連接件5、矩形通孔6、排氣通道7、端口8、吊環(huán)9、支架10、刮板11、橫梁12、松緊調節(jié)旋鈕13、尺寸刻度14、尺寸調節(jié)旋鈕15。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語并不排除一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，一種制備人造巖心的模具，包括：

底板1；

墊片3，其鋪設在所述底板1上面，所述墊片將底板和方形環(huán)板隔開，避免巖心與底板的直接接觸，優(yōu)選的是，所述墊片為塑料制成的薄膜；

方形環(huán)板2，其設于所述墊片3上面，所述方形環(huán)板中間掏空成四個并列的矩形通孔6，所述通孔尺寸：長×寬×高的尺寸為300mm×45mm×135mm，可以根據實際需要可以一次性制備出最多四個巖心；

壓塊組4，其包括四個與矩形通孔相匹配的壓塊，所述壓塊內部設有T字型排氣通道7，排氣通道的三個端口8分別位于壓塊的壓制表面和左右側面，避免了填壓過程中，因為巖心空腔內的氣體沖擊混合物顆粒，改變混合均勻后的顆粒接觸關系，甚至使混合物從排氣通道沖出；

刮平工具，如圖4所示，其包括刮板11、橫梁12、松緊調節(jié)旋鈕13和尺寸調節(jié)旋鈕15，所述刮板上設置有尺寸刻度14，尺寸調節(jié)旋鈕設于刮板的一側頂端，所述橫梁包括兩夾板，兩夾板一側邊緣開設有用于容納所述刮板的凹口，兩夾板的凹口相對設置將刮板夾持在兩夾板之間，通過松緊調節(jié)旋鈕固定，所述刮板垂直于兩夾板且相對于兩夾板上下滑動調節(jié)尺寸，優(yōu)選的尺寸大小為：刮板高220mm、寬299.5mm、厚20mm，橫梁高60mm、長400mm、寬80mm，該尺寸的刮平工具與模具相匹配，且刮板厚度適中，刮板與模具形成最佳契合，且可以調節(jié)刮板高度，能夠穩(wěn)定控制刮平板，確保刮平板不傾斜，確保刮平效果。

在另一是示例中，所述方形環(huán)板2的四角位置分別設有吊環(huán)9，通過吊環(huán)將模具移動，方便拆除底板，進而使巖心從模具中脫出。

上述方案中，所述模具均采用鋼制材料，底板、方形環(huán)板及壓塊的表面均打磨粗糙，粗糙度Ra≤0.025μm，該程度的粗糙度，能有利于石英砂顆粒在填壓過程中與模具的契合，又不影響取出巖心時對巖心壁面的損傷。

人造方巖心的制備方法，包括如下步驟：

一、油藏條件選擇

根據渤海油藏條件，其油藏儲層屬于疏松砂巖接觸膠結的巖性，滲透率范圍在100mD-5000mD，孔隙度范圍在29％-35％。選擇了石英砂粒徑范圍100-120目。

二、巖心制備

(1)組裝模具：先將墊片3鋪設在底板1上面，再將方形環(huán)板2安放在墊片3的上面，通過連接件5將底板、墊片和方形環(huán)板三者固定；

(2)制備膠結劑：所述膠結劑由聚酯樹脂、固化劑、流平劑和硫酸鋇按質量百分比混合而成，其中，聚酯樹脂質量百分含量為80％～94％，固化劑質量百分含量為4.5％～14％，流平劑質量百分含量為1％～5％，硫酸鋇質量百分含量為0.5％～1.0％；

(3)配料裝模：將石英砂、粘土礦物和膠結劑按比例混合均勻，膠結劑與石英砂的混合質量比為1:100～200，稱取四份相同重量的混合物分別裝入模具的矩形通孔內，將模具放于振動裝置上振動，以消除混合物的橋塞使其形成緊密的點接觸，然后用刮平工具將混合物表面刮平，最后將壓塊置于混合物表面；

(4)壓制成型：采用螺栓固定壓塊與主體模具，將填裝好的模具放置在液壓機上，在壓制壓力50MPa～58MPa條件下預壓10min，然后保持恒定壓力50MPa穩(wěn)壓15min，采用該壓制方法的原因是：首先，巖心高45mm，單個巖心受力面積45mm×300mm，多塊巖心一起壓制，受力面積較大，所施加的壓力就越大；其次，巖心壓制過程采用的一次性壓制，選用震動方式消除橋架，使得混合物下半部更緊密，但混合物下半部受力較小(壓損存在)，所以要長時間穩(wěn)壓，讓其混合物顆粒接觸方式在該壓力條件下更穩(wěn)定；實際過程中，根據要制作的巖心滲透率來確定壓力的大小和壓制時間，此處巖心滲透率為2000mD左右，所以采用以上壓力和壓制時間；

(5)加熱固化：將卸壓后的模具整體放入高溫烘箱內，先在98℃下烘烤240min，然后升溫至120℃烘烤30min，最后升溫至210℃烘烤10min，采用該加熱方法的有點是：第一個溫度條件是為了傳熱，恒溫箱內部熱量均勻傳遞至巖心內部各個位置，使其達到目標溫度，為下一步加熱鋪墊；聚酯粉末，在第二個溫度條件下開始融化，但是時間不易過長，液體會流動，導致孔隙結構變化，經常多次試驗和巖心粉碎分析電鏡掃描，最終確定這個值；在第三個溫度下，聚酯粉末固化成型；

(6)脫模：將經過加熱固化的模具中的巖心取出，拆卸底板和壓塊螺栓，液壓機連接吊環(huán)提升模具，然后選用鐵塊支撐模具底部，采用壓塊頂出巖心，最終得到成型的人造方巖心。

在另一種實例中，所述人造方巖心的制備方法還包括步驟(7)切割：在空氣、氮氣或液氮三者中任意一種氣體氛圍保護下切割巖心兩端，得到長度、寬度、高度分別為300mm、45mm、45mm的人造方巖心。

如上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：

首先，本發(fā)明采用自行設計組裝的模具，根據實際需要可以一次性制備出最多四個巖心，優(yōu)化了巖心壓塊內部結構，避免了填壓過程中，因為巖心空腔內的氣體沖擊混合物顆粒，改變混合均勻后的顆粒接觸關系，甚至使混合物從排氣通道沖出，底板、方形環(huán)板及壓塊的表面均打磨粗糙，有利于石英砂顆粒在填壓過程中與模具的契合，又不影響取出巖心時對巖心壁面的損傷；其次，改進了刮平工具的結構和尺寸，該尺寸的刮平工具與模具相匹配，且刮板厚度適中，刮板與模具形成最佳契合，且可以調節(jié)刮板高度，能夠穩(wěn)定控制刮平板，確保刮平板不傾斜，確保刮平效果；然后，本發(fā)明中對膠結劑進行了優(yōu)化，將聚酯樹脂、固化劑、流平劑和硫酸鋇按最佳質量百分比混合制得膠結劑，其對混合物顆粒具有更好的膠結固化成型作用，避免了膠結劑含量過多，不易分散，直接膠結成死孔隙結構的現(xiàn)象，進而獲得優(yōu)質的人造巖心；再者，在壓制成型步驟中，通過預壓和穩(wěn)壓使混合物顆粒接觸方式在該壓力條件下更穩(wěn)定；最后，采用梯度溫度烘烤，經過傳熱使恒溫箱內熱量均勻傳遞至巖心內部各個位置，為下一步加熱作鋪墊，使聚酯樹脂的最佳溫度和時間下融化，避免孔隙結構變化，進而制得性能優(yōu)良的巖心。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域。對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。