一种人工页岩物理模型及其制作方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种人工页岩物理模型及其制作方法和应用。人工页岩物理模型的制作方法包括：将粘合剂与石粉混合均匀，所述粘合剂为环氧树脂类胶粘剂，石粉包括石英10％-70％、高岭土10％-80％、有机碳粉4％-25％、方解石3％-10％，粘合剂用量占石粉总质量的5％～35％；将粘合剂与石粉的混合物装填入模具中，放在压力器上水平固定，调整垂直方向压强至80～300MPa，固定放置24小时以上，初步固化；脱模，将初步固化的页岩样品于30～50℃干燥，制得人工页岩物理模型。所制得的人工页岩物理模型致密，具有特定孔隙度和密度，具有各向异性特征，并具有横向各向同性特征，可为实际页岩储层研究结果的对比、验证提供可靠依据。

【技术实现步骤摘要】
一种人工页岩物理模型及其制作方法和应用
本专利技术涉及一种人工页岩物理模型及其制作方法和应用，属于油气勘探和开发的地球物理研究领域。
技术介绍
页岩是一种由粒径小于0.004mm的细粒碎屑、黏土矿物、有机质等组成的具有纹层与页理构造的沉积岩，其成分复杂，除粘土矿物外，还含有许多碎屑矿物和自生矿物等，且不同地区差异较大。页岩在自然界中分布广泛，沉积岩中大约有60％以上为页岩。常见的页岩类型有黑色页岩、碳质页岩、油页岩、硅质页岩、铁质页岩、钙质页岩、砂质页岩等。通常情况下，页岩孔隙度介于2～15％之间，渗透率小于1mD，是典型的低孔低渗储层。页岩气是指主题位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中、以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集。在页岩气藏中，天然气也存在于夹层状的粉页岩、粉砂质泥岩甚至页岩地层中，是天然气生成之后在源岩层内就近聚集的结果，表现为典型的原地成藏模式。页岩气的勘探、开发和研究一直是本领域的研究热点。其中，利用地震物理模型和室内超声波采集系统进行实验室采集、处理，进而研究特定模型的地震响应特征，已经成为储层岩石物理分析的一项重要技术，对于页岩油气藏的勘探开发具有重要的指导意义。地震物理模拟实验中，模拟天然页岩成分和结构的人工页岩物理模型的制作是一项关键技术，其模拟准确性直接关系到模拟实验分析的成败，对于模拟特定的石油、天然气储层具有重要的研究价值和意义。然而，对人工页岩物理模型的研究兴起于近10年，在理论研究方面的文献资料相对较少，在实验室能够较成功的制作出这种人工页岩介质的到目前为止国际始终没有，相应的文献也较少。页岩具有页状或薄片状层理，具有明显的速度各向异性；同时，页岩也是一种横向各向同性介质，即TI介质；此外，由于开发技术的原因，只有那些低泊松比、高弹性模量、富含有机质的脆性页岩才是页岩气勘探的主要目标。人工页岩物理模型也必须具有这些特性，才能准确进行模拟实验分析。理论上，人工模拟TI介质的制作通常会采用片层结构材料进行粘结或压合，本案专利技术人在研发过程中也曾采用这种方法来制作人工页岩物理模型。其中，由于纸质材料的吸水性好，容易被浸透，又具有成层性，所以选择报纸来模拟页岩，采用粘合剂浸透报纸后将多层报纸层压而制成人工页岩物理模型，所制作的人工页岩样品为横向各向同性介质，且具有各向异性特征，还可通过改变粘合剂的组成及用量达到改变速度各向异性大小的目的。然而，这种采用报纸及粘合剂层压制作的人工页岩物理模型，其没有孔隙，不能进行不同油、气、水饱和度试验，且与实际页岩差距较大，仅能作为研究TI介质的一种模拟手段。本案专利技术人在研究过程中也曾尝试采用传统制作人工岩石物理模型的烧结法来制作人工页岩物理模型。对于页岩气储层来说，地震波速度主要受矿物、孔隙度、裂缝等孔隙空间结构及有机质的影响。专利技术人研究了页岩的主要矿物组成、孔隙度等空隙间结构特征，采用了相关的粘土矿粉和碎屑矿粉加一定比例的水玻璃加压、烘烤、烧结来制作人工页岩，所制作的样品也具有各向异性特征。然而，该烧结法所存在的主要问题在于：烧结法成品率较低，破碎比较严重；所制得的样品密度太小，孔隙度、渗透率太大；烧结法后期如果希望加入有机质成分难度较大。此种方法也难以制作出具有低泊松比、高弹性模量的脆性特征的岩石物理模型。综上所述，基于研究页岩地震响应及各向异性特征对于页岩气的勘探和开发的重要指导意义，如何制作出一种致密、具有特定孔隙度和密度、具有各向异性及横向各向同性、且具有脆性特征的能够准确模拟页岩的物理模型，是当前本领域所必须解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种致密、具有特定孔隙度和密度、能够准确模拟页岩结构特征的页岩物理模型的制作方法，为下一步进行人工页岩的地震物理模型模拟提供可用的模型材料，为实际页岩储层研究结果的对比、验证提供可靠依据，提出一种研究人工页岩油气储层地震勘探的新思路。本专利技术的另一目的在于提供所制得的人工页岩物理模型。本专利技术的另一目的在于提供所述人工页岩物理模型的应用。为达上述目的，一方面，本专利技术提供了一种人工页岩物理模型的制作方法，该方法包括步骤：将粘合剂与石粉混合均匀；其中，所述粘合剂为环氧树脂类胶粘剂；所述石粉包括石英、高岭土、有机碳粉和方解石，以石粉的总质量为100％计，各石粉用量为：石英10％-70％，高岭土10％-80％，有机碳粉4％-25％，方解石3％-10％；所述粘合剂用量占石粉总质量的5％～35％；将粘合剂与石粉的混合物装填入模具中，放在压力器上水平固定，调整垂直方向压强至80～300MPa，固定放置24小时以上，初步固化；脱模，将初步固化的页岩样品于30～50℃干燥，制得人工页岩物理模型。本专利技术的人工页岩物理模型的制作方法中，主要采用石英模拟页岩中的脆性矿物、高岭土模拟页岩中的黏土矿物、以方解石模拟页岩中的碳酸盐矿、以有机碳模拟页岩中的有机质，调整各组分的用量比例，并与特定量的环氧树脂类胶粘剂混合，冷压制备人工页岩物理模型。按照本专利技术的方法制得的人工页岩物理模型，其具有明显的横波各向异性和纵波各向异性，并具有横向各向同性特征，且具有特定孔隙度和密度，具有低泊松比、高弹性模量，符合页岩脆性特征，能够准确地模拟天然页岩，为下一步进行人工页岩的地震物理模型模拟提供可用的模型材料，进而能为实际页岩储层研究结果的对比、验证提供可靠依据。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的人工页岩物理模型的制作方法中，所述石粉粒度及分选性可以根据对人工页岩物理模型的具体要求而进行选择；欲得到孔隙度较大的人工页岩物理模型，则选用颗粒分选性较好的石粉，对人工页岩物理模型的孔隙度要求较小时，可以适当的增大石粉的分选范围。为了尽可能接近实际页岩，降低孔隙度及渗透率，本专利技术中所用石粉的粒径为2000目～5000目(此处是指过2000目～5000目筛)，一般为粒径在2000～4000目的石粉。其中所述有机碳粉是指粉末状的有机碳。各石粉可分别进行球磨或混合后进行球磨以满足粒度要求。专利技术人在研究中发现，本专利技术中所用粘合剂的特性对于人工页岩物理模型的性能具有重要影响，根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术中所用粘合剂为环氧树脂类胶粘剂，优选为环氧树脂AB胶，其液体粘度为500～3000CPS/25℃，固化硬度70～100ShoreD，剪切强度≥10Mpa。其中所述粘合剂的液体粘度是指粘合剂的A、B二组分混合后未固化时的液体粘度，如果A、B二组分均为液体，优选地，二组分的粘度均在该范围内。通常情况下，使用符合本专利技术所述粘度和固化硬度要求的粘合剂，按照本专利技术的方法能够成功地制备得到可模拟天然页岩的人工页岩物理模型。更进一步地，本专利技术优选的粘合剂的比重为1.0～1.2g/cm3(25℃)，收缩率≤0.5％。对粘合剂的其他性能如外观色泽、固化时间等不做特殊要求，但应理解，固化时间应满足本专利技术的操作时间需求。符合本专利技术所述要求的粘合剂可以商购获得，例如，所述粘合剂可以为AB双组分环氧树脂胶，更具体例如可以是YY505A/B(透明)环氧树脂胶等。具体应用时，A、B二组分的混合用量可参照现有技术或是按照供应商的建议即可。专利技术人在研究中还发现，本专利技术的人工页岩物理模型的制作方法中，通过控制所用粘合剂与石粉的质量比而能够控制人工页岩物理模型的各向异性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人工页岩物理模型的制作方法，该方法包括步骤：将粘合剂与石粉混合均匀；其中，所述粘合剂为环氧树脂类胶粘剂；所述石粉包括石英、高岭土、有机碳粉和方解石，以石粉的总质量为100％计，各石粉用量为：石英10％‑70％，高岭土10％‑80％，有机碳粉4％‑25％，方解石3％‑10％；所述粘合剂用量占石粉总质量的5％～35％；将粘合剂与石粉的混合物装填入模具中，放在压力器上水平固定，调整垂直方向压强至80～300MPa，固定放置24小时以上，初步固化；脱模，将初步固化的页岩样品于30～50℃干燥，制得人工页岩物理模型。

【技术特征摘要】
1.一种人工页岩物理模型的制作方法，该方法包括步骤：将粘合剂与石粉混合均匀；其中，所述粘合剂为环氧树脂类胶粘剂；所述石粉包括石英、高岭土、有机碳粉和方解石，以石粉的总质量为100％计，各石粉用量为：石英10％-70％，高岭土10％-80％，有机碳粉4％-25％，方解石3％-10％；所述粘合剂用量占石粉总质量的5％～35％；将粘合剂与石粉的混合物装填入模具中，放在压力器上水平固定，调整垂直方向压强至80～300MPa，固定放置24小时以上，初步固化；脱模，将初步固化的页岩样品于30～50℃干燥，制得人工页岩物理模型；其中，通过控制粘合剂与石粉的质量比而控制人工页岩物理模型的各向异性。2.根据权利要求1所述的人工页岩物理模型的制作方法，其中，所述石粉的粒度为2000目-5000目。3.根据权利要求1所述的人工页岩物理模型的制作方法，其中，所述粘合剂为环氧树脂AB胶，其液体粘度为500～3000CPS/25℃，固化硬度70～100ShoreD，剪切强度≥10Mpa。4.根据权利要求3所述的人工页岩物理模型的制作方法，其中，所述粘合剂为YY505A/B环氧树脂胶。5.根据权利要求1或3或4所述的人工页岩物理模型的制作方法，其中，控制粘合剂用量占石粉总质量的5％～12％，而提高人工页岩物理模型的各向异性在10％以上。6.根据权利要求1所述的人工页岩物理模型的制作方法，其中，所述石粉中还包括磷铁粉，以石粉的总质量为100％计...

【专利技术属性】
技术研发人员：栾鑫元，狄帮让，魏建新，李向阳，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11