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(fā)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(jié)物及礦物的制備，按重量份數(shù)稱取相應(yīng)可鉆性級值的配備完善的造巖礦物組合8.5~9份，膠結(jié)物0.5~1.5份，置于容器中，再加0.05份的水?dāng)嚢杈鶆?；二、模型的制備：將造巖礦物與膠結(jié)物的混合物均勻裝入模具中，用壓板將其壓實(shí)；三、將填裝好的模具置于壓力試驗(yàn)機(jī)上，然后緩慢升壓至10~80個(gè)大氣壓，穩(wěn)壓20分鐘，卸壓；將壓制后的巖心放入烘箱內(nèi)，在90℃條件下恒溫6~8小時(shí)固化，自然冷卻，得到具有一定可鉆性級值的人造巖心。本發(fā)明制備的巖心與天然巖心在物理力學(xué)性質(zhì)方面具有較好的相似性，通過調(diào)整組成礦物的含量、配比、粒度，膠結(jié)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(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及的是應(yīng)用在石油工程、采礦工程、巖土工程及巖石破碎領(lǐng)域中用于地層巖石模擬和機(jī)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(shù)】:
在石油領(lǐng)域的科學(xué)研究中，常常需要使用巖心進(jìn)行室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)。天然巖心受井眼尺寸影響，取心體積較小，無法進(jìn)行大尺寸巖石測試實(shí)驗(yàn)。隨著油氣勘探開發(fā)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(fèi)用越來越高。目前，由于天然取心的種種不足，國內(nèi)很多研究機(jī)構(gòu)都采用人造巖心進(jìn)行室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)。通過人造巖心的模擬實(shí)驗(yàn)來探索地層規(guī)律，在體積、成本上人造巖心遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于天然巖心。目前應(yīng)用的人造巖心有石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)、石英砂充填、石英砂磷酸鋁膠結(jié)等三種，其中，石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)模型是應(yīng)用最廣泛的。這些人造巖心主要是側(cè)重于進(jìn)行驅(qū)油試驗(yàn)和化學(xué)助劑產(chǎn)品的性能評價(jià)。而用于模擬地層巖石可鉆性方面的人造巖心發(fā)明專利尚沒有。
[0003]正確認(rèn)識巖石可鉆性對如何選取、設(shè)計(jì)鉆頭，提高機(jī)械鉆速具有重要意義。巖石可鉆性室內(nèi)試驗(yàn)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5426-2000是微鉆頭法，即用微鉆頭在巖樣上鉆孔，通過實(shí)鉆鉆時(shí)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(jìn)行取心作業(yè)或者是巖心資料非常珍貴的區(qū)塊，這種方法的應(yīng)用就會(huì)受到一定的限制。因此，如果能室內(nèi)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(nèi)全尺寸鉆頭模擬實(shí)驗(yàn)等分析范圍將大大增加，并且實(shí)驗(yàn)成本也大幅度降低。
[0004]三、
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)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(shù)量少、費(fèi)用高的問題。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)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(jié)物及礦物的制備:
制備巖心的可鉆性級值為f 3時(shí)，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(jié)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(jì)為50%,石膏的含量按重量計(jì)為45%,方解石的含量按重量計(jì)為5%,同時(shí)所述礦物顆粒需要滿足按重量計(jì)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(shí)，按重量份分別稱取環(huán)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?jǐn)嚢璨⒓尤氡?.2^0.6份，并再次充分?jǐn)嚢瑁却?飛小時(shí)，得到膠結(jié)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(jì)為:30%的螢石、55%的磷灰石、15%的長石，同時(shí)所述礦物顆粒需要滿足按重量計(jì)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(shí)，取用有機(jī)硅樹脂和聚乙烯醇縮丁醛復(fù)合改性后制 備的環(huán)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?jǐn)嚢璨⒓尤氡?. 2^0. 6份，并再次充分?jǐn)嚢?，等?飛小時(shí)，得到膠結(jié)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(jì)為：55%的石英、30%的長 石、15%的黃玉，同時(shí)所述礦物顆粒需要滿足按重量計(jì)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(shù)稱取相應(yīng)可鉆性級值的上述配備完善的造巖礦物組合8. 5、份，膠結(jié)物 0. 5^1. 5份，置于容器中，再加0. 05份的水?dāng)嚢杈鶆颍?br> 二、模型的制備：模具由側(cè)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(jié)物的混合物裝入模具之前，用丙酮把模具內(nèi)側(cè)擦凈以便于脫模，將造巖 礦物與膠結(jié)物的混合物均勻裝入模具中，用壓板將其壓實(shí)；
三、經(jīng)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(yàn)機(jī)上，調(diào)整模具位 置，使其保持在壓力機(jī)承壓板中心線上，然后緩慢升壓至10?80個(gè)大氣壓，穩(wěn)壓20分鐘，卸 壓；將壓制后的巖心放入烘箱內(nèi)，在90°C條件下恒溫61小時(shí)固化，關(guān)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(fā)明提供的人造巖心由膠結(jié)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(jié)物主要包括粘土、環(huán)氧樹脂、鄰苯二甲酸二丁酯、乙二 胺、丙酮、用有機(jī)硅樹脂和聚乙烯醇縮丁醛復(fù)合改性后制備的環(huán)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(fā)明制備方法中涉及的巖石可鉆性分級是根據(jù)石油行業(yè)SY/T5426-2000中微 鉆頭法。微鉆頭法將巖石可鉆性按實(shí)鉆鉆時(shí)分為rio，包括巖石可鉆性級值為廣3時(shí)的軟 地層，可鉆性級值為4飛時(shí)的中硬地層，可鉆性級值為7?10時(shí)的硬地層。
[0008]有益效果：
(1)本發(fā)明制備的巖心與天然巖心在物理力學(xué)性質(zhì)方面具有較好的相似性，通過調(diào)整 組成礦物的含量、配比、粒度，膠結(jié)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(shí)驗(yàn)，為了節(jié)約成本，可以應(yīng)用與天然巖心可鉆性 級值相近的人造巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；
(3)由于天然巖心體積小，無法在地面上實(shí)現(xiàn)全尺寸鉆頭鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)，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(jià)格低，巖心具有良好的重復(fù)性且可以批量生產(chǎn)，因此 單塊巖心的費(fèi)用比天然巖心低許多。
[0009]四、【具體實(shí)施方式】：
實(shí)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(jié)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(jì)為 50%,石膏的含量按重量計(jì)為45%,方解石的含量按重量計(jì)為5%,同時(shí)所述礦物顆粒需要滿 足按重量計(jì)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(shù)稱取相應(yīng)上述配備完善的造巖礦物組合8.5份，膠結(jié)物0.5份，置于容器中，再加0.05份的水?dāng)嚢杈鶆颉?br> [0011]二、模型的制備:模具由側(cè)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(jié)物的混合物裝入模具之前，用丙酮把模具內(nèi)側(cè)擦凈以便于脫模，將造巖礦物與膠結(jié)物的混合物均勻裝入模具中，用壓板將其壓實(shí)。
[0012]三、經(jīng)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(yàn)機(jī)上，調(diào)整模具位置，使其保持在壓力機(jī)承壓板中心線上，然后緩慢升壓至10-80個(gè)大氣壓，穩(wěn)壓20分鐘，卸壓；將壓制后的巖心放入烘箱內(nèi)，在90°C條件下恒溫61小時(shí)固化，關(guān)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(shí)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(jì)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(huán)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?jǐn)嚢璨⒓尤氡?.4份，并再次充分?jǐn)嚢?，等?飛小時(shí)，得到膠結(jié)物；然后稱取膠結(jié)物1.5份，加入混合礦物顆粒中，并加0.05份水，充分?jǐn)嚢杈鶆?；用丙酮把模具?nèi)側(cè)擦凈以便于脫模，將復(fù)膜礦物均勻裝入模具中，用壓板將砂壓實(shí)；將填裝好的模具置于壓力試驗(yàn)機(jī)上，調(diào)整模具位置，使其保持在壓力機(jī)承壓板中心線上，然后緩慢升壓至14個(gè)大氣壓，穩(wěn)壓20分鐘，卸壓。將壓制后的巖心放入烘箱內(nèi)，在90°C條件下恒溫6小時(shí)固化，關(guān)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(shè)為889.66N，轉(zhuǎn)速設(shè)為55rpm，測定鉆進(jìn)2.4mm所使用的時(shí)間，重復(fù)三次，求取鉆時(shí)平均值
?,應(yīng)用公式=log2i，求出可鉆 性級值約為5。
[0014]實(shí)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(jì)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(jī)硅樹脂和聚乙烯醇縮丁醛復(fù)合改性后制備的環(huán)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?jǐn)嚢璨⒓尤氡?.5份，并再次充分?jǐn)嚢?，等?小時(shí)，得到膠結(jié)物；然后稱取膠結(jié)物1份，加入混合礦物顆粒中，并加入0.05份水，充分?jǐn)嚢杈鶆?；用丙酮把模具?nèi)側(cè)擦凈以便于脫模，將復(fù)膜礦物均勻裝入模具中，用壓板將砂壓實(shí)；將填裝好的模具置于壓力試驗(yàn)機(jī)上，調(diào)整模具位置，使其保持在壓力機(jī)承壓板中心線上，然后緩慢升壓至40個(gè)大氣壓，穩(wěn)壓20分鐘，卸壓。將壓制后的巖心放入烘箱內(nèi)，在90°C條件下恒溫7小時(shí)固化，關(guān)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(shè)為889.66N,轉(zhuǎn)速設(shè)為55rpm，測定鉆進(jìn)2.4mm所使
用的時(shí)間,重復(fù)三次,求取鉆時(shí)平 均值?,應(yīng)用公式JQ =1g2^ ,求出可鉆性級值約為7。
【權(quán)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(jié)物及礦物的制備: 制備巖心的可鉆性級值為1~ 3時(shí)，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(jié)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(jì)為50%,石膏的含量按重量計(jì)為45%,方解石的含量按重量計(jì)為5%,同時(shí)所述礦物顆粒需要滿足按重量計(jì)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(shí)，按重量份分別稱取環(huán)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?jǐn)嚢璨⒓尤氡?.2^0.6份，并再次充分?jǐn)嚢瑁却?飛小時(shí)，得到膠結(jié)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(jì)為:30%的螢石、55%的磷灰石、15%的長石，同時(shí)所述礦物顆粒需要滿足按重量計(jì)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(shí)，取用有機(jī)硅樹脂和聚乙烯醇縮丁醛復(fù)合改性后制備的環(huán)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?jǐn)嚢璨⒓尤氡?.2^0.6份，并再次充分?jǐn)嚢?，等?飛小時(shí)，得到膠結(jié)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(jì)為:55%的石英、30%的長石、15%的黃玉，同時(shí)所述礦物顆粒需要滿足按重量計(jì)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(shù)稱取相應(yīng)可鉆性級值的上述配備完善的造巖礦物組合8.5、份，膠結(jié)物。.5^1.5份，置于容器中，再加0.05份的水?dāng)嚢杈鶆颍? 二、模型的制備:模具由側(cè)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(jié)物的混合物裝入模具之前，用丙酮把模具內(nèi)側(cè)擦凈以便于脫模，將造巖礦物與膠結(jié)物的混合物均勻裝入模具中，用壓板將其壓實(shí)； 三、經(jīng)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(yàn)機(jī)上，調(diào)整模具位置，使其保持在壓力機(jī)承壓板中心線上，然后緩慢升壓至10-80個(gè)大氣壓，穩(wěn)壓20分鐘，卸壓；將壓制后的巖心放入烘箱內(nèi)，在90°C條件下恒溫61小時(shí)固化，關(guān)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(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】李瑋, 曹茂俊, 閆百全, 紀(jì)照生, 曲文馳, 肖紅 申請人:東北石油大學(xué)