[发明专利]人造储层物理模型的制备方法及其专用胶结剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种人造储层物理模型的制备方法，尤其涉及一种人造油气田储层物理模型的制备方法其专用胶结剂，属于人造储层物理模型技术领域。

背景技术

天然岩心由于存在资源短缺、重复性差、无法模拟储层的非均质性等缺陷，从而导致油气田开发物理模拟实验对人造储层物理模型的需求十分迫切，人造储层物理模型因此成为油气田开发科学研究中必不可少的基础。目前常用的人造储层物理模型的制备方法主要包括环氧树脂胶结石英砂和磷酸铝石英砂烧结两种。然而，采用环氧树脂胶结工艺制备人造储层模型时，环氧树脂完全包覆在石英砂等矿物原料的表面，利用此模型进行模拟实验时，大部分注入液会进入环氧树脂的孔隙中，从而导致储层模型的孔隙表面特性与真实储层差异较大；而采用磷酸铝石英砂烧结技术会破坏矿物原料成分从而改变其组成，同样会导致制备的储层模型不能够真实准确地反映油气田储层的各种特性。

水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料，因其具有良好的粘结能力而被广泛应用于胶结剂组分上。现有技术中通常会向水玻璃中加入无机盐（如氯化铝、氯化镁、氯化钙、硅酸钙等）来对其进行固化，加入氯盐的主要目的是利用其水解产生的H⁺来与水玻璃中的OH^-发生中和反应，从而使水玻璃的水解向生成硅酸溶胶的方向进行，进而使水玻璃固化。虽然此过程中产生的新化学键(如-Si-O-Al-)或新化合物(如硅酸钙)能够增加水玻璃固化后的强度和耐水性，但是固化后的水玻璃中仍然存在大量的羟基(如HO-Si-O-Si-、HO-Al-O-Si-)，这些羟基通过氢键与水分子结合，会使水玻璃固化所产生的交联网络结构发生溶胀，从而无法经受长时间的水流冲刷，这显然不能满足石油与天然气开发研究领域中对模型稳定性的要求。

中国发明专利CN102757212A公开了一种砂岩储层低渗透人造岩心的制作方法，采用配比为100：1.1-1.8：1.5-2.5的硅酸钾、氟硅酸钠和硅酸钙作为胶结剂，在与矿物原料按比例充分混合均匀后，在26MPa下预压0.5min，经脱模、碾碎、再次过筛后，采用分质分压的制作方法在26-80MPa下运用液压系统持续加压30min-60min，最后在变温、定时条件下烘干，烘干的温度和时间依次为40℃16h、80℃8h、120℃16h、160℃8h、200℃20h。然而此方法工艺相对复杂，而且制备的人造岩心的裸压承压能力仅达到7.5MPa，无法满足高压驱替需求；另外，其要求的烘干温度较高，容易改变或破坏矿物原料的晶格结构，无法较好地模拟天然储层的各种真实特性；再者，其胶结剂中所采用硅酸钙组分会使制备的储层模型在模拟水驱或化学驱时产生诸多不可控因素（如增加水的pH值、导致表面活性剂析出等），均不利于储层模型的实际应用。

发明内容

本发明提供一种人造储层物理模型专用胶结剂，其具有普遍的适用性，可用于各种不同组成的矿物原料，利用其制备人造储层物理模型时所需的烘干温度低，不会破坏矿物原料的组成，制备的模型机械强度高、稳定性好。

本发明还提供一种人造储层物理模型及制备该人造储层物理模型的方法，其操作简单，工艺易于控制，可以根据需要来调整工艺，从而制备出具有不同机械强度并且能够较好地模拟天然储层的各种真实特性的均质或非均质的物理模型。

根据本发明提供的人造储层物理模型专用胶结剂，其组成包括：水玻璃70-80重量份，固化剂10-25重量份、加强剂5-10重量份，其中所述加强剂为硅铝酸盐。

根据本发明提供的人造储层物理模型专用胶结剂，其中所述水玻璃可以选自钠水玻璃（Na₂O·nSiO₂）或钾水玻璃（K₂O·nSiO₂），优选为钠水玻璃。本发明对所述水玻璃的质量参数没有严格要求，本领域常规使用的水玻璃（如模数为2.2-3.7、玻美度为35-52Be、密度为1.31～1.56g/mL的水玻璃）均适用于本发明。基于易操作性方面的考虑，可以使用模数2.2-2.5、玻美度40-46Be的钠水玻璃。