[发明专利]一种声学实验模拟碳酸盐岩人造岩心的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟多孔岩石的人造岩心的制备方法，具体涉及一种在岩石声学实验中模拟复杂孔隙结构碳酸盐岩的人造岩心及其制备方法，属于分析及测量控制技术领域。

背景技术

地下岩石属于多孔介质，除粒间孔隙外还常发育有裂隙、溶孔等，这些不同类型孔隙组成的孔隙网络是重要的油气储集空间和渗流通道。碳酸盐岩多数属于化学沉积岩，由于溶蚀、白云岩化等成岩后作用，碳酸盐岩次生孔隙发育，孔隙结构复杂。目前，无论地震勘探还是声波测井，弹性波仍然是进行油气勘探和储层预测的最有效手段之一。但复杂孔隙结构岩石的弹性波传播特性表现出很强的非均质性和各向异性，这给基于弹性波资料的油气储层物性预测与评价带来很大的不确定性，制约了复杂油气藏的勘探开发效益。

在岩石力学实验中，采用声学方法研究岩石内部结构与油气地震勘探、声波测井密切相关，而岩心是进行岩石声学实验的必备基础材料。岩石声学实验中采用的岩心尺寸一般为φ2.54cm×5.50cm的圆柱形岩心或5cm×5cm×5cm的立方块岩心。采用真实岩心进行岩石声学实验能相对真实地反映地下油气储层的物理性质，但存在以下缺点：（1）地下取心成本高，取心质量不易保证；（2）实验重复性较差，真实岩心的孔隙结构千差万别，不利于进行单因素分析研究。因此，真实岩心的实验数据多用于理论模型和经验公式的验证与校正。

根据地下储层的实际情况和不同的研究目的，结合岩石声学实验的特点，设计、制作模拟特殊孔隙结构岩石的人造岩心是解决真实岩心取心成本高、实验重复性差的一种有效方法。人造岩心要合理模拟真实岩心的骨架和孔隙结构。孔隙纵横比（aspect ratio，简称AR）和特征尺寸（d）是表征孔隙形状的两个重要参数。孔隙纵横比是指孔隙短轴与长轴的长度之比；孔隙的特征尺寸表征孔隙的大小，一般指孔隙的长轴长度。

目前，对于孔隙结构相对简单的砂岩储层，其人造岩心制作工艺已经比较成熟：根据储层砂岩的孔隙度、渗透率情况，选取适当粒径的石英砂作为岩石骨架，与胶结剂混合均匀，压实胶结成人造岩心。但是对于含裂隙、溶孔等次生孔隙的复杂孔隙结构岩石，如碳酸盐岩，其模拟岩心技术还不成熟，方法相对简单。目前主要有以下3种方法：

（1）薄片组合法

首先制备一定数量、尺寸相同的薄片（如塑料薄片、金属薄片等），将薄片逐一叠放（水平叠放或按一定角度倾斜叠放）并施加一定的轴向压力（如图1所示）。该方法以薄片间的缝隙模拟裂缝，通过薄片的数目和厚度控制裂缝的条数和裂缝密度，通过控制轴向压力控制裂隙的张开度。

该方法结构简单、实施方便、可重复性好，能够较好地模拟含一组平行裂隙的介质或横向各向同性介质，但是无法模拟粒间孔隙、溶孔等非裂隙孔隙。由于将岩石材料加工成薄片比较困难，即使加工了岩石薄片，施加轴向压力也容易导致岩石薄片脆裂，因此采用的薄片通常为塑料片或金属片，其声学特性与岩石骨架差别较大。该类模拟岩心的声学测试结果对于岩石声学特性的研究参考性相对较差。

（2）块体切割法

对规则的均质试块进行机械加工，如切割、钻孔等，然后再将切割块组合为一体，以切割面模拟裂缝，以凿孔模拟溶孔（如图2所示）。在机械加工时，可以控制裂缝的数量和角度、孔的数量和尺寸。

该方法结构简单、实施方便，可用于模拟各向同性介质中含少量裂缝或裂缝-孔洞结构的情况。但是对于较复杂的孔隙结构，限于繁琐的机械加工程序，模拟岩心的可重复性较差。考虑材料的机械加工性能，均质试块一般选用金属块或有机玻璃块，其声学特性与岩石骨架差别较大。

（3）浇铸法

采用环氧树脂或其他流动性较好的胶结剂直接在岩心模具中浇注，在胶结剂未完全固化前，通过插入铁片、铁棒等使孔隙成形，然后抽出铁片和铁棒，形成贯穿整个模型的缝隙和孔洞。

该方法结构简单，实施方便。在次生孔隙的模拟方面，缝、洞一般都要贯穿整个模型。但是，插入和拔出铁片或铁棒的时机不容易把握，过早则孔隙形状不能稳定，过晚则铁片与铁棒不能插入或不能拔出。

综上所述，在岩石声学实验中，现有的模拟复杂孔隙结构碳酸盐岩的人造岩心模型主要存在以下缺点：

（1）人造岩心的骨架材料与碳酸盐岩差别较大，模拟结果需要根据理论模型转化后才能用于工程实际，而这种转化是否合理有待探讨。

（2）孔隙结构的模拟不合理，孔隙尺寸调整受到一定的限制，特别是裂隙，都是贯穿整个模型。

发明内容