一種用于巖石可鉆性測試的人造巖心制備方法
【專利摘要】本發明涉及的是一種用于巖石可鉆性測試的人造巖心制備方法，這種用于巖石可鉆性測試的人造巖心制備方法：一、膠結物及礦物的制備，按重量份數稱取相應可鉆性級值的配備完善的造巖礦物組合8.5~9份，膠結物0.5~1.5份，置于容器中，再加0.05份的水攪拌均勻；二、模型的制備：將造巖礦物與膠結物的混合物均勻裝入模具中，用壓板將其壓實；三、將填裝好的模具置于壓力試驗機上，然后緩慢升壓至10~80個大氣壓，穩壓20分鐘，卸壓；將壓制后的巖心放入烘箱內，在90℃條件下恒溫6~8小時固化，自然冷卻，得到具有一定可鉆性級值的人造巖心。本發明制備的巖心與天然巖心在物理力學性質方面具有較好的相似性，通過調整組成礦物的含量、配比、粒度，膠結物含量及壓制壓力等，可以制備出具有不同可鉆性級值的人造巖心。
【專利說明】一種用于巖石可鉆性測試的人造巖心制備方法
[0001]一、【技術領域】:
本發明涉及的是應用在石油工程、采礦工程、巖土工程及巖石破碎領域中用于地層巖石模擬和機械鉆速分析的人造巖心，具體涉及的是一種用于巖石可鉆性測試的人造巖心制備方法。
[0002]二、【背景技術】:
在石油領域的科學研究中，常常需要使用巖心進行室內模擬實驗。天然巖心受井眼尺寸影響，取心體積較小，無法進行大尺寸巖石測試實驗。隨著油氣勘探開發的不斷深入，井深從中淺層向深層、超深層延伸，取心難度日益增大，大段取心十分困難，取心費用越來越高。目前，由于天然取心的種種不足，國內很多研究機構都采用人造巖心進行室內模擬實驗。通過人造巖心的模擬實驗來探索地層規律，在體積、成本上人造巖心遠遠優于天然巖心。目前應用的人造巖心有石英砂環氧樹脂膠結、石英砂充填、石英砂磷酸鋁膠結等三種，其中，石英砂環氧樹脂膠結模型是應用最廣泛的。這些人造巖心主要是側重于進行驅油試驗和化學助劑產品的性能評價。而用于模擬地層巖石可鉆性方面的人造巖心發明專利尚沒有。
[0003]正確認識巖石可鉆性對如何選取、設計鉆頭，提高機械鉆速具有重要意義。巖石可鉆性室內試驗石油行業標準SY/T5426-2000是微鉆頭法，即用微鉆頭在巖樣上鉆孔，通過實鉆鉆時確定巖石的可鉆性級值。該方法測試巖石可鉆性級值需要用到大量的巖心試樣，對于沒有進行取心作業或者是巖心資料非常珍貴的區塊，這種方法的應用就會受到一定的限制。因此，如果能室內制備出可鉆性級值與天然巖心相近的人造巖心，那么巖石可鉆性和室內全尺寸鉆頭模擬實驗等分析范圍將大大增加，并且實驗成本也大幅度降低。
[0004]三、
【發明內容】
:
本發明的目的是提供一種用于巖石可鉆性測試的人造巖心制備方法，它用于解決鉆井取心尺寸小、數量少、費用高的問題。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:這種用于巖石可鉆性測試的人造巖心制備方法:
一、膠結物及礦物的制備:
制備巖心的可鉆性級值為f 3時，篩選出顆粒均勻的粘土 1份，加入0.5份水，并攪拌均勻，得到膠結物；使用滑石、石膏、方解石制備造巖礦物，其中滑石的含量按重量計為50%,石膏的含量按重量計為45%,方解石的含量按重量計為5%,同時所述礦物顆粒需要滿足按重量計為:粒度為10-50目的顆粒所占比例為50%，粒度為60-100目的顆粒所占比例為40%，粒度為80~200目的顆粒所占比例為10% ；
制備巖心的可鉆性級值為4飛時，按重量份分別稱取環氧樹脂0.8~1.2份、鄰苯二甲酸二丁酯0. 0.5份、乙二胺0.05、.2份，倒入燒杯中充分攪拌并加入丙酮0.2^0.6份，并再次充分攪拌，等待4飛小時，得到膠結物；使用螢石、磷灰石、長石制備造巖礦物，其中螢石、磷灰石、長石的含量按重量計為:30%的螢石、55%的磷灰石、15%的長石，同時所述礦物顆粒需要滿足按重量計為:粒度為10-50目的顆粒所占比例為25%,粒度為6(T100目的顆粒所占比例為50%，粒度為80?200目的顆粒所占比例為25% ；
制備巖心的可鉆性級值為7?10時，取用有機硅樹脂和聚乙烯醇縮丁醛復合改性后制 備的環氧樹脂0. 8^1. 2份、鄰苯二甲酸二丁酯0. ro. 5份、乙二胺0. 05、. 2份，倒入燒杯中 充分攪拌并加入丙酮0. 2^0. 6份，并再次充分攪拌，等待4飛小時，得到膠結物；使用石英、 黃玉、長石制備造巖礦物，其中石英、黃玉、長石的含量按重量計為：55%的石英、30%的長 石、15%的黃玉，同時所述礦物顆粒需要滿足按重量計為：粒度為1(T50目的顆粒所占比例 為25%，粒度為6(Tl00目的顆粒所占比例為50%，粒度為8(T200目的顆粒所占比例為25% ； 按重量份數稱取相應可鉆性級值的上述配備完善的造巖礦物組合8. 5、份，膠結物 0. 5^1. 5份，置于容器中，再加0. 05份的水攪拌均勻；
二、模型的制備：模具由側板、端板、底板和壓板組成，底板與壓板為硬木，其余為碳鋼； 在造巖礦物與膠結物的混合物裝入模具之前，用丙酮把模具內側擦凈以便于脫模，將造巖 礦物與膠結物的混合物均勻裝入模具中，用壓板將其壓實；
三、經加壓和加熱處理得到人造巖心：將填裝好的模具置于壓力試驗機上，調整模具位 置，使其保持在壓力機承壓板中心線上，然后緩慢升壓至10?80個大氣壓，穩壓20分鐘，卸 壓；將壓制后的巖心放入烘箱內，在90°C條件下恒溫61小時固化，關閉烘箱電源，自然冷 卻至室溫，得到具有一定可鉆性級值的人造巖心。
[0006]本發明提供的人造巖心由膠結物和一種或幾種造巖礦物按一定的重量配比，在一 定溫度和壓力下壓制而成。其中膠結物主要包括粘土、環氧樹脂、鄰苯二甲酸二丁酯、乙二 胺、丙酮、用有機硅樹脂和聚乙烯醇縮丁醛復合改性后制備的環氧樹脂等。造巖礦物為不同 粒徑的滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃玉、剛玉、金剛石等。
[0007]本發明制備方法中涉及的巖石可鉆性分級是根據石油行業SY/T5426-2000中微 鉆頭法。微鉆頭法將巖石可鉆性按實鉆鉆時分為rio，包括巖石可鉆性級值為廣3時的軟 地層，可鉆性級值為4飛時的中硬地層，可鉆性級值為7?10時的硬地層。
[0008]有益效果：
(1)本發明制備的巖心與天然巖心在物理力學性質方面具有較好的相似性，通過調整 組成礦物的含量、配比、粒度，膠結物含量及壓制壓力等，可以制備出具有不同可鉆性級值 的人造巖心；
(2)對于取心困難或需要大量巖心的實驗，為了節約成本，可以應用與天然巖心可鉆性 級值相近的人造巖心進行實驗；
(3)由于天然巖心體積小，無法在地面上實現全尺寸鉆頭鉆進實驗，可以制作大尺寸的 人造巖心來測試；
(4)制作巖心的原材料來源廣、價格低，巖心具有良好的重復性且可以批量生產，因此 單塊巖心的費用比天然巖心低許多。
[0009]四、【具體實施方式】：
實施例1 :
一、制備可鉆性級值為2的人造巖心，篩選出顆粒均勻的粘土 1份，加入0. 2份水，并 攪拌均勻，得到膠結物；使用滑石、石膏、方解石制備造巖礦物，其中滑石的含量按重量計為 50%,石膏的含量按重量計為45%,方解石的含量按重量計為5%,同時所述礦物顆粒需要滿 足按重量計為：：粒度為10飛0目的顆粒所占比例為50%，粒度為6(T100目的顆粒所占比例為40%，粒度為80~200目的顆粒所占比例為10%。
[0010]按重量份數稱取相應上述配備完善的造巖礦物組合8.5份，膠結物0.5份，置于容器中，再加0.05份的水攪拌均勻。
[0011]二、模型的制備:模具由側板、端板、底板和壓板組成，底板與壓板為硬木，其余為碳鋼；在造巖礦物與膠結物的混合物裝入模具之前，用丙酮把模具內側擦凈以便于脫模，將造巖礦物與膠結物的混合物均勻裝入模具中，用壓板將其壓實。
[0012]三、經加壓和加熱處理得到人造巖心:將填裝好的模具置于壓力試驗機上，調整模具位置，使其保持在壓力機承壓板中心線上，然后緩慢升壓至10-80個大氣壓，穩壓20分鐘，卸壓；將壓制后的巖心放入烘箱內，在90°C條件下恒溫61小時固化，關閉烘箱電源，自然冷卻至室溫，得到可鉆性級值為2的人造巖心。
[0013]實施例2:
制備可鉆性級值為5的人造巖心。篩選30%的螢石、55%的磷灰石和15%的長石礦物顆粒，使粒度為10~50目、60-100目和80~200目的顆粒所占比例按重量計分別為25%、50%和25%，將三種礦物混合均勻，按重量稱取混合礦物顆粒8份；按重量份分別稱取環氧樹脂I份、鄰苯二甲酸二丁酯0.4份、乙二胺0.15份，倒入燒杯中充分攪拌并加入丙酮0.4份，并再次充分攪拌，等待4飛小時，得到膠結物；然后稱取膠結物1.5份，加入混合礦物顆粒中，并加0.05份水，充分攪拌均勻；用丙酮把模具內側擦凈以便于脫模，將復膜礦物均勻裝入模具中，用壓板將砂壓實；將填裝好的模具置于壓力試驗機上，調整模具位置，使其保持在壓力機承壓板中心線上，然后緩慢升壓至14個大氣壓，穩壓20分鐘，卸壓。將壓制后的巖心放入烘箱內，在90°C條件下恒溫6小時固化，關閉烘箱電源，自然冷卻至室溫，得到具有一定可鉆性的人造巖心；將該人造巖心置于巖石可鉆性測試儀上，采用牙輪鉆頭模式，鉆壓設為889.66N，轉速設為55rpm，測定鉆進2.4mm所使用的時間，重復三次，求取鉆時平均值
?,應用公式=log2i，求出可鉆 性級值約為5。
[0014]實施例3:
制備可鉆性級值為7的人造巖心。篩選30%的長石、55%的石英和15%的黃玉礦物顆粒，使粒度為10~50目、60~100目和80~200目的顆粒所占比例按重量計分別為25%、50%和25%，將三種礦物混合均勻，按重量稱取混合礦物顆粒8份；按重量份分別稱取用有機硅樹脂和聚乙烯醇縮丁醛復合改性后制備的環氧樹脂1份、鄰苯二甲酸二丁酯0.3份、乙二胺0.15份，倒入燒杯中充分攪拌并加入丙酮0.5份，并再次充分攪拌，等待5小時，得到膠結物；然后稱取膠結物1份，加入混合礦物顆粒中，并加入0.05份水，充分攪拌均勻；用丙酮把模具內側擦凈以便于脫模，將復膜礦物均勻裝入模具中，用壓板將砂壓實；將填裝好的模具置于壓力試驗機上，調整模具位置，使其保持在壓力機承壓板中心線上，然后緩慢升壓至40個大氣壓，穩壓20分鐘，卸壓。將壓制后的巖心放入烘箱內，在90°C條件下恒溫7小時固化，關閉烘箱電源，自然冷卻至室溫，得到具有一定可鉆性的人造巖心；將該巖心置于巖石可鉆性測試儀上，采用牙輪鉆頭模式，鉆壓設為889.66N,轉速設為55rpm，測定鉆進2.4mm所使
用的時間,重復三次,求取鉆時平 均值?,應用公式JQ =1g2^ ,求出可鉆性級值約為7。
【權利要求】
1.一種用于巖石可鉆性測試的人造巖心制備方法，其特征在于:這種用于巖石可鉆性測試的人造巖心制備方法: 一、膠結物及礦物的制備: 制備巖心的可鉆性級值為1~ 3時，篩選出顆粒均勻的粘土 1份，加入0.2份水，并攪拌均勻，得到膠結物；使用滑石、石膏、方解石制備造巖礦物，其中滑石的含量按重量計為50%,石膏的含量按重量計為45%,方解石的含量按重量計為5%,同時所述礦物顆粒需要滿足按重量計為:粒度為10-50目的顆粒所占比例為50%，粒度為60-100目的顆粒所占比例為40%，粒度為80~200目的顆粒所占比例為10% ； 制備巖心的可鉆性級值為4飛時，按重量份分別稱取環氧樹脂0.8~1.2份、鄰苯二甲酸二丁酯0.1~0.5份、乙二胺0.05、.2份，倒入燒杯中充分攪拌并加入丙酮0.2^0.6份，并再次充分攪拌，等待4飛小時，得到膠結物；使用螢石、磷灰石、長石制備造巖礦物，其中螢石、磷灰石、長石的含量按重量計為:30%的螢石、55%的磷灰石、15%的長石，同時所述礦物顆粒需要滿足按重量計為:粒度為10-50目的顆粒所占比例為25%,粒度為6(T100目的顆粒所占比例為50%，粒度為80-200目的顆粒所占比例為25% ； 制備巖心的可鉆性級值為7~10時，取用有機硅樹脂和聚乙烯醇縮丁醛復合改性后制備的環氧樹脂0.8^1.2份、鄰苯二甲酸二丁酯0.1~0.5份、乙二胺0.05、.2份，倒入燒杯中充分攪拌并加入丙酮0.2^0.6份，并再次充分攪拌，等待4飛小時，得到膠結物；使用石英、黃玉、長石制備造巖礦物，其中石英、黃玉、長石的含量按重量計為:55%的石英、30%的長石、15%的黃玉，同時所述礦物顆粒需要滿足按重量計為:粒度為10-50目的顆粒所占比例為25%，粒度為60-100目的顆粒所占比例為50%，粒度為80-200目的顆粒所占比例為25% ； 按重量份數稱取相應可鉆性級值的上述配備完善的造巖礦物組合8.5、份，膠結物。.5^1.5份，置于容器中，再加0.05份的水攪拌均勻； 二、模型的制備:模具由側板、端板、底板和壓板組成，底板與壓板為硬木，其余為碳鋼；在造巖礦物與膠結物的混合物裝入模具之前，用丙酮把模具內側擦凈以便于脫模，將造巖礦物與膠結物的混合物均勻裝入模具中，用壓板將其壓實； 三、經加壓和加熱處理得到人造巖心:將填裝好的模具置于壓力試驗機上，調整模具位置，使其保持在壓力機承壓板中心線上，然后緩慢升壓至10-80個大氣壓，穩壓20分鐘，卸壓；將壓制后的巖心放入烘箱內，在90°C條件下恒溫61小時固化，關閉烘箱電源，自然冷卻至室溫，得到具有一定可鉆性級值的人造巖心。
【文檔編號】G01N1/28GK103868772SQ201410100159
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】李瑋, 曹茂俊, 閆百全, 紀照生, 曲文馳, 肖紅 申請人:東北石油大學
專業數控銑床產品供應商
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