人造岩心制备工艺研究

人造岩心制备工艺研究

0岩心结构的率机理研究人工岩石物理模拟是油田开发过程中科学研究的重要手段之一。特别是在三次勘探和提高油田采收率方面发挥着重要作用。以往制备的人造岩心在成分和结构上都比较单一,与天然岩心物理性质相差甚远,其模拟实验的数据与实际也有很大差距。本文从模拟天然岩心具有的特性入手,进行了多方位的研究,并建立了一套行之有效的制作人造岩心的方法,在应用中收到很好效果。1建立砂砂岩粒度的平均值与渗透关系的曲线岩心孔隙度、渗透率值的精度、重复性,是评价人造岩心质量的首要指标。1.1环氧树脂用量从用途上选择:作粘接剂时最好选用中等环氧值(0.25～0.45)的树脂,如WSR-618、634;作浇注料时最好选用高环氧值(>0.40)的树脂,如618、WSR-618等。从机械强度上选择:环氧值过高的树脂强度较大,但较脆;环氧值中等时在低温条件下强度较好;环氧值较低时在高温条件下强度差些。因为强度和交联度的大小有关,环氧值高固化后交联度也高,环氧值低固化后交联度也低,故引起强度上的差异。从操作要求上选择:不需耐高温,对强度要求不大,希望环氧树脂能快干,不易流失,可选择环氧值较低的树脂;如希望渗透性高,强度较好的,可选用环氧值较高的树脂。模型制作过程中的环氧树脂用量直接影响着模型强度、孔隙度、渗透率及均质程度。因此,选择合理的环氧树脂用量非常重要。在理论上,环氧树脂用量应与石英砂的总的表面积成正比,这样制作出的模型其强度及胶结方式更为接近。若石英砂成球性,其比面为:s=6ds=6d式中,s为比面,d为颗粒直径。制作某种人造岩心,如果40～70目、70～140目、140～200及200目以上的各种组分石英砂,用量分别为W1、W2、W3和W4,据环氧树脂与比面呈正比的原则,通过大量实验得出环氧树脂总用量公式:W=C×(16.8×W1+29.0×W2+57.5×W3+150×W4)其中,C为常数。利用以上公式进行配胶,无论砂型怎样变化,都能确保最佳的含胶量,使人造岩心的硬度一致、均匀程度一致、承受高温高压后驱油效果一致。1.2岩心制作加压强度的影响在岩心渗透率控制方法上,用不同粒级的石英砂按一定配比配制成基准砂,通过调整基准砂和细砂的比例,制作较低渗透率岩心,调整基准砂与粗砂的比例制作高渗透性岩心。对于天然碎屑岩,其颗粒大小分布具有一定的规律。一般情况下,如果定义Φ=-log2d,其中d为颗粒直径,则Φ值分布近似于正态分布规律。也就是说,碎屑岩颗粒Φ值的分布参数直接影响其物性参数。岩心制作过程中,石英砂粒度分布无疑是决定岩心物理性质的主要因素,如果控制一定的加压强度、胶质用量及粒度分布方差σ,则Φ¯¯Φ¯(Φ中值)和岩心渗透率之间必然存在着很强的依赖关系。在加压强度12MPa及σ=0.8条件下,选用Φ¯¯Φ¯分别为2.1、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9和4.2的粒度组成,制作人造岩心,绘制出Φ¯¯Φ¯与岩心渗透率之间的关系曲线如图1所示。可以看出,岩心渗透率与Φ¯¯Φ¯之间具有很好的相关性。与传统的配制基准砂,通过调整基准砂与细砂(或粗砂)配比控制岩心渗透率的方式相比,调整Φ¯¯Φ¯控制岩心渗透率的方式具有一定的优势。一方面,由于粒度分布方差σ相同,不同渗透率岩心之间孔隙结构更加接近,因而更具科学性和实用性。岩心制作加压强度直接影响着模型渗透率、孔隙度等物性参数。在研究加压强度的影响中,在模型上加压强度分别为3、5、7.5、10和15MPa下制作岩心。从图1可以看出,随加压强度的提高,岩心渗透率明显降低。1.3岩心尺寸大小分布呈单峰状态天然岩心,用压汞法测得的岩心孔吼分布曲线呈双峰态,而普通环氧树脂胶结的岩心孔隙大小分布呈单峰。这说明天然与人造岩心的孔隙大小分布状态的差别。经实验,取低渗透性天然岩心,压碎成20～40目颗粒,加入30%天然岩心碎屑与石英砂拌砂,制作的人造岩心孔吼分布接近于天然岩心。但是,渗透率与孔隙度的控制需要建立相应标准曲线。2造岩粘土矿物在天然岩心中的粘土矿物,对岩心的结构和物性起着重要的作用。根据物理模拟相似准则原理,人造岩心中也应加入一定数量的粘土矿物。为避免粘土矿物表面包裹上环氧树脂,须采用特殊加入粘土矿物的方法。2.1通过复配而内固体去复1)将石英砂与一定比例的环氧树脂充分搅拌均匀,装入事先准备好的抽空装置里;2)用已知组分的水质粘土悬浮体将其饱和,使砂型与水质中的粘土充分接触或吸附。然后抽去水质粘土悬浮体,要多次重复以上过程,最后将多余的水质粘土悬浮体烘干,称剩余粘土质量,得出被吸附粘土的量;3)将抽滤好砂型填入模具中,加压、烘干为含粘土矿物的人造岩心,这种粘土填加方法更接近天然岩心的形成过程。2.2粘土矿物与孔隙度、渗透率的关系选取已配制好的石英砂6份,在其中5份中用吸附法分别加入3%、6%、9%、12%、15%的粘土矿物制成人造岩心,测其孔隙度、渗透率值,制作粘土矿物与孔隙度、渗透率关系曲线如见图2所示。从曲线中可以看出,随着粘土矿物含量的增加渗透率值向变小趋势发展。其变化率为,粘土含量每增加3%,渗透率值变化以10%～15%。其孔隙度的变化值并不大,增减幅度小于1%,其曲线趋于平滑。3各种润湿性人工岩石人造岩心的润湿性质对油田采收率方面的实验起着重要作用。3.1升温升温冷却1)用砂型重量10%的硅油加20倍石油醚稀释,与部分40～70、70～140和140～200目石英砂均匀搅拌,在室温下挥发20h后,放入电热鼓风干燥箱中,通过60℃、80℃、100℃、120℃的程序升温,每次升温为2h,中间停1h,当到达120℃恒温2h,后关掉烘箱自然冷却到室温。这种升温过程,可保证砂石颗粒表面的油膜不在急速升温中产生爆裂。2)制作岩心时由粗到细选用砂重量的六分之一加入到不含硅油的石英砂中,制成的具有弱亲油性质。3.2砂子表面硅氧原子和硅氧三面体a制备含油石英砂的油品必须与石英有一定的亲和力和稳定性。用甲基含氢硅油(以下简称硅油)有较好的特性,其结构式为:它是一种无色透明或淡黄油状液体,它改变岩心润湿性的机理在资料上未见到解释。根据分子式的理解是:石英砂主要成分是SiO2,它是由无数硅氧四面体组成,砂子表面的每个硅氧四面体的氧原子只与一个硅原子形成一个共价键,还剩一个电子是不稳定的,它还有能力和其它原子结合。当硅油和硅表面接触时,在一定的温度下,这个氧原子就使硅油中的Si-H键断裂,而形成了更稳定的Si-O键。这一作用就使得硅油能牢固地吸附在砂子表面,覆盖了一层甲基基团,使得其表面呈亲油性。3.3中性偏亲油的合成用未经处理石英砂和环氧树脂(E-44),采用20%邻苯二甲酸二丁脂做为增韧剂、7%乙二胺做固化剂,所制作的人造岩心具有中性偏亲油的润湿性质。实验研究表明,一种油溶性非离子型表面活性剂(NP-4),控制添加百分比,可以使制作的人造岩心润湿性由中性偏亲油性向亲水性转化,人造岩心润湿性的测定数据见表1。4环境和人为因素的影响4.1氧树脂涂层的施工环氧树脂的粘度与环境温度有着极强的依赖关系,温度高环氧树脂的粘度变小,与石英砂混合搅拌时就比较容易,环氧树脂在石英砂表面的涂层也比较均匀,可以形成较好的点胶结,人造岩心各点的孔隙结构和渗透率值也比较均匀。温度低环氧树脂粘度变大,与石英砂混合时就很难搅拌均匀,环氧树脂在石英砂表面的涂层状态较为复杂,制备出的人造岩心渗透率值有较大差别,建立不同温度与渗透率的关曲线,可以准确查找出在当前温度下制备人造配比方案。4.2人工因素对人工岩石渗透值的影响1石英砂混合粉碎机人造岩心是将不同粒径的石英砂按比例分别称重后放入磁盘中,经人工混合、搅拌后以备下一步使用。在搅拌过程中,每人搅拌的频率,次数以及均匀程度对人造岩心孔隙度和渗透率值影响非常大,为消除人为搅拌不均,可用石英砂混合搅拌机。该搅拌机的滚筒、搅拌叶轮、主箱均可在控制之下做不同方向的旋转,使石英砂在其内部实现三维旋转搅拌,解决了人工搅拌石英砂不均匀的现象,使人造岩心各点的孔隙度、渗透率数值、孔隙结构、岩石粒度分布保持一致。2砂量不足的点渗透率填砂是用铲子将搅拌混合好的石英砂装入模具之中,如在某点一次加入量过多、过厚,局部将产生压实作用,此点渗透率数值偏小,在两点之间砂量不足的部位渗透率数值则偏大。因此,每次加入模具内石英砂量的多少、铲入的方式对人造岩心渗透率数值影响非常之大,显示出各点孔、渗值不均匀性,无法用于实验。因此,填砂时必须注意;一是加砂时一次不能过多、过厚,避免局部产生压实;二是每加一铲砂都要将其梳理铺平。5岩心压汞曲线特征目前,各种粒级的石英砂均由石英岩破碎而成,制备出的人造岩心与天然岩心在孔隙结构上有一定差别,人造岩心的压汞曲线是一个单值峰,而天然岩心的压汞曲线是一个双值峰,这说明天然比人造岩心的孔吼结构复杂,成分多样性。从人造岩心的薄片分析中,可以看到人造石英砂的磨圆度和球度都十分差,每个颗粒都呈尖峰状,与天然岩心石英颗粒的磨圆度和球度有很大差别,尖峰状石英砂颗粒对高分子聚合物在岩石孔道中的运移、聚集,以及三元聚合物驱各元素的评价都有较大影响。6岩心改性实验1)通过调整石英砂粒度分布Φ值,可以较好地控制岩心渗透率。在人造岩心石英砂中加入30%天然岩心碎屑,压制成型的人造岩心孔吼分布接近于天然岩心,可以制作出具有细微孔隙的人造岩心。2)用吸附法添加粘土矿物比较符合天然岩心特性。3)在石英砂