本發(fā)明涉及采礦技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及人造碎屑巖致密巖心及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著致密油氣藏的勘探開發(fā)不斷深入，致密巖石的孔隙結(jié)構(gòu)特征、滲透率研究需求不斷增加。然而在致密油氣藏開發(fā)過程中，由于人工取芯作業(yè)費用高，取芯量有限，同時，現(xiàn)階段對致密巖心的實驗手段存在測量精度低、受試樣尺寸影響大、測量時間長、成本高等局限性，無法滿足實驗室對儲層滲流規(guī)律的研究。因此，實驗室研究致密儲層滲流規(guī)律時，通常采用人造巖心作為油氣滲流場所。
目前，在各類人造巖心方法中，主要是采用一定粒度的石英砂、環(huán)氧樹脂或磷酸鹽等膠類物質(zhì)進行高溫粘結(jié)。雖然該類人造巖心可以達到真實巖心的基本力學(xué)強度，但是該人造巖心不適用于高溫高壓滲流規(guī)律測試環(huán)境，無法分析巖石組成對滲流機理的影響，同時，由于其結(jié)構(gòu)組成與真實巖心區(qū)別較大，該類人造巖心不能真正反映出致密儲層的物性特征。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的實施例提供了一種符合地質(zhì)實際，模擬不同物質(zhì)組成與不同孔隙結(jié)構(gòu)特征的人造碎屑巖致密巖心及其制備方法。
本發(fā)明的實施例提供人造碎屑巖致密巖心，由以下重量百分比的原料制成：骨架顆粒80-91％、填隙物5-19％和膠結(jié)物1-11％；所述骨架顆粒和填隙物均為砂巖顆粒，所述填隙物的粒徑比骨架顆粒的粒徑小10倍以上。
進一步，骨架顆粒為一種或多種粒徑，所述骨架顆粒的粒徑數(shù)量與致密巖心的組分數(shù)量相適配，所述骨架顆粒為一種粒徑時，致密巖心為單組分致密巖心；所述骨架顆粒為兩種粒徑時，兩種粒徑分別為第一粒徑和第二粒徑，所述第二粒徑的大小是第一粒徑大小的一半以內(nèi)，所述第一粒徑的骨架顆粒和第二粒徑的骨架顆粒的重量百分比分別為77-83％和4-8％，致密巖心為兩組分致密巖心；所述骨架顆粒為三種粒徑時，三種粒徑分別為第一粒徑、第二粒徑和第三粒徑，所述第二粒徑的大小是第一粒徑大小的一半以內(nèi)，所述第三粒徑的大小是第二粒徑大小的一半以內(nèi)，所述第一粒徑的骨架顆粒、第二粒徑的骨架顆粒和第三粒徑的骨架顆粒的重量百分比分別為75-82％、2-5％和1-3％，致密巖心為三組分致密巖心。
進一步，所述砂巖顆粒取自河沙，所述砂巖顆粒包括巖屑顆粒、長石和石英，所述砂巖顆粒的粒徑包括0.1mm、0.07mm、0.05mm、0.04mm、0.02mm、0.016mm、0.011mm、0.01mm、0.009mm、0.008mm、0.065mm、0.005mm和0.004mm。
進一步，所述膠結(jié)物為碳酸氫鹽或氫氧化物，所述碳酸氫鹽包括碳酸氫鈣、碳酸氫鎂和碳酸氫鋁中的一種或多種，所述氫氧化物包括氫氧化鐵、氫氧化鈣和氫氧化鋁中一種或多種。
進一步，所述膠結(jié)物還包括粘土礦物或硅酸鹽，根據(jù)膠結(jié)物組成的不同，得到不同屬性的致密巖心，當膠結(jié)物為碳酸氫鹽或氫氧化物，且鈣質(zhì)含量高時，致密巖心為鈣質(zhì)致密巖心，當膠結(jié)物為碳酸氫鹽或氫氧化物和粘土礦物，且粘土礦物含量高時，致密巖心為泥質(zhì)致密巖心，當膠結(jié)物為碳酸氫鹽或氫氧化物和硅酸鹽，且硅酸鹽含量高時，致密巖心為硅質(zhì)致密巖心。
進一步，所述硅酸鹽和碳酸氫鹽或氫氧化物的重量比為3-4：1，所述硅酸鹽包括純凈的石英和長石微粒。
進一步，所述粘土礦物和碳酸氫鹽或氫氧化物的重量比為3-4：1，所述粘土礦物為蒙脫石或高嶺土。
人造碎屑巖致密巖心的制備方法，包括以下步驟：
(1)將上述重量百分比的骨架顆粒、膠結(jié)物和填隙物進行混合；
(2)將步驟(1)的混合物通過低溫進行壓實，并循環(huán)通入氧氣；
(3)將步驟(2)的混合物再通過高溫進行壓實，并循環(huán)通入二氧化碳，即得到人造碎屑巖致密巖心。
進一步，所述步驟(2)中，氧氣為高壓壓縮氧氣。
進一步，所述步驟(3)中，二氧化碳為壓縮超臨界態(tài)二氧化碳。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明得到的致密巖心耐高溫、耐高壓，通過對本發(fā)明配方的準確控制，得到人為設(shè)定的孔隙度、比面、喉道半徑等參數(shù)，預(yù)先設(shè)定的孔隙度與滲透率可以滿足研究人員對致密巖心的需求，同時，本發(fā)明的致密巖心孔喉結(jié)構(gòu)、膠結(jié)物及顆粒表面的粘土礦物與真實致密巖心更接近，使用該致密巖心所研究的滲流規(guī)律與真實巖心一致，從而為后續(xù)巖心實驗結(jié)果的提供參照與約束，本發(fā)明的筒壓強度可達40-150MPa，烘干密度2.6-3.0g/cm3，膠結(jié)物含量5-15％，物質(zhì)組成與真實致密巖心接近一致；孔隙度2-15％，滲透率0.01-10mD,符合致密巖孔滲范圍，可廣泛應(yīng)用于致密巖石滲流規(guī)律、潤濕性、巖石破裂強度等試驗研究。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明實施方式作進一步地描述。
本發(fā)明的實施例提供了人造碎屑巖致密巖心，由以下重量百分比的原料制成：骨架顆粒80-91％、填隙物5-19％和膠結(jié)物1-11％；所述骨架顆粒和填隙物均為砂巖顆粒，所述填隙物的粒徑比骨架顆粒的粒徑小10倍以上。
骨架顆粒為一種或多種粒徑，所述骨架顆粒的粒徑數(shù)量與致密巖心的組分數(shù)量相適配，所述骨架顆粒為一種粒徑時，致密巖心為單組分致密巖心；所述骨架顆粒為兩種粒徑時，兩種粒徑分別為第一粒徑和第二粒徑，所述第二粒徑的大小是第一粒徑大小的一半以內(nèi)，所述第一粒徑的骨架顆粒和第二粒徑的骨架顆粒的重量百分比分別為77-83％和4-8％，致密巖心為兩組分致密巖心；所述骨架顆粒為三種粒徑時，三種粒徑分別為第一粒徑、第二粒徑和第三粒徑，所述第二粒徑的大小是第一粒徑大小的一半以內(nèi)，所述第三粒徑的大小是第二粒徑大小的一半以內(nèi)，所述第一粒徑的骨架顆粒、第二粒徑的骨架顆粒和第三粒徑的骨架顆粒的重量百分比分別為75-82％、2-5％和1-3％，致密巖心為三組分致密巖心。
在一實施例中，砂巖顆粒取自河沙，所述砂巖顆粒包括巖屑顆粒、長石和石英，所述砂巖顆粒的粒徑包括0.1mm、0.07mm、0.05mm、0.04mm、0.02mm、0.016mm、0.011mm、0.01mm、0.009mm、0.008mm、0.065mm、0.005mm和0.004mm。膠結(jié)物為碳酸氫鹽或氫氧化物，所述碳酸氫鹽包括碳酸氫鈣、碳酸氫鎂和碳酸氫鋁中的一種或多種，所述氫氧化物包括氫氧化鐵、氫氧化鈣和氫氧化鋁中一種或多種。在一實施例中，膠結(jié)物還包括粘土礦物或硅酸鹽，根據(jù)膠結(jié)物組成的不同，得到不同屬性的致密巖心，當膠結(jié)物為碳酸氫鹽或氫氧化物，且鈣質(zhì)含量高時，致密巖心為鈣質(zhì)致密巖心，當膠結(jié)物為碳酸氫鹽或氫氧化物和粘土礦物，且粘土礦物含量高時，致密巖心為泥質(zhì)致密巖心，當膠結(jié)物為碳酸氫鹽或氫氧化物和硅酸鹽，且硅酸鹽含量高時，致密巖心為硅質(zhì)致密巖心。在一最佳實施例中，硅酸鹽和碳酸氫鹽或氫氧化物的重量比為3-4：1，所述硅酸鹽包括純凈的石英和長石微粒，粘土礦物和碳酸氫鹽或氫氧化物的重量比為3-4：1，所述粘土礦物為蒙脫石或高嶺土。
人造碎屑巖致密巖心的制備方法，包括以下步驟：
(1)將上述重量百分比的骨架顆粒、膠結(jié)物和填隙物進行混合；
(2)將步驟(1)的混合物通過低溫進行壓實，并循環(huán)通入氧氣，氧氣為高壓壓縮氧氣；
(3)將步驟(2)的混合物再通過高溫進行壓實，并循環(huán)通入二氧化碳，二氧化碳為壓縮超臨界態(tài)二氧化碳，即得到人造碎屑巖致密巖心。
表1本發(fā)明制得的人造碎屑巖致密巖心
從表1可知本發(fā)明制得的人造碎屑巖致密巖心的孔隙度2-15％，滲透率0.01-10mD,符合致密巖孔滲范圍，可廣泛應(yīng)用于致密巖石滲流規(guī)律、潤濕性、巖石破裂強度等試驗研究。
本發(fā)明得到的致密巖心耐高溫、耐高壓，通過對本發(fā)明配方的準確控制，得到人為設(shè)定的孔隙度、比面、喉道半徑等參數(shù)，預(yù)先設(shè)定的孔隙度與滲透率可以滿足研究人員對致密巖心的需求，同時，本發(fā)明的致密巖心孔喉結(jié)構(gòu)、膠結(jié)物及顆粒表面的粘土礦物與真實致密巖心更接近，使用該致密巖心所研究的滲流規(guī)律與真實巖心一致，從而為后續(xù)巖心實驗結(jié)果的提供參照與約束。
在不沖突的情況下，本文中上述實施例及實施例中的特征可以相互結(jié)合。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。