[发明专利]一种制备人造岩心的方法及装置

权利要求书

1.一种制备人造岩心的方法，其特征在于，包括：

通过3D打印技术来构建岩心孔隙的初级结构，所述初级结构表征和描述岩心孔隙的轮廓形状；

在所述初级结构外镀上一层硬质的形状限定层，所述形状限定层用于提高所述初级结构的强度以使所述初级结构保持稳定的形状；通过填充的方法在形成有形状限定层的初级结构外包埋金属、陶瓷、玻璃、耐高温的高分子材料中的一种或几种，形成包埋填充基体，所述包埋填充基体将形成有形状限定层的初级结构包埋在其内，形成内部包埋有所述初级结构的块状体或圆柱状体，该内部包埋有所述初级结构的块状体或圆柱状体即为所述岩心样品；硬质金属镀层或陶瓷镀层所构成的形状限定层发生气化的温度高于初级结构发生气化的温度；

在形成有所述形状限定层的初级结构外进行固体包埋，形成岩心样品；在方形或者圆柱形的模具中，将熔融状态的包埋填充物浇到形成有形状限定层的所述初级结构上，使熔融状态的包埋填充物与所述形状限定层的表面润湿完全贴合，包埋完成后降温，使熔融状态的包埋填充物固化形成呈固态的包埋填充物即所述包埋填充基体，再脱模，即可形成所述岩心样品；

对所述岩心样品进行热处理，使得所述初级结构的材料气化并挥发，形成具有内部孔隙微观结构的多孔介质岩心模型，所述内部孔隙微观结构与所述初级结构相适配；

对所述多孔介质岩心模型执行化学腐蚀工艺，消融掉所述多孔介质岩心模型内壁上的形状限定层，获得内部具有孔隙结构的人造岩心，所述孔隙结构与所述形状限定层相适配。

2.如权利要求1所述的制备人造岩心的方法，其特征在于，

所述岩心孔隙的初级结构，为采用微米CT、纳米CT、聚焦离子束扫描电镜FIB-SEM中的一种或几种方法获得的真实岩石孔隙网络，或者，等比例放大的孔隙模型，或者，简化抽象出的简单孔隙模型；

在构建岩心孔隙的初级结构的步骤中，所述初级结构为通过SLA、DLP、SLS、FDM中的任意一种或几种3D打印技术打印耗材来构建得到的。

3.如权利要求2所述的制备人造岩心的方法，其特征在于，所采用的打印耗材包括PLA、ABS、光敏树脂、尼龙粉末中的一种或几种有机材料。

4.如权利要求1所述的制备人造岩心的方法，其特征在于，在初级结构外镀上一层硬质的形状限定层的步骤中，所述形状限定层为利用原子层沉积、化学镀、电镀、离子溅射中的任意一种或几种方法在所述初级结构外镀上的一层硬质金属镀层或陶瓷镀层。

5.如权利要求1所述的制备人造岩心的方法，其特征在于，在对所述岩心样品进行热处理之前，采用激光或打磨的方法对固化后呈固态的包埋填充物即所述包埋填充基体进行开口，所述开口为热处理时所述初级结构的材料气化的挥发提供发散通道。

6.如权利要求1所述的制备人造岩心的方法，其特征在于，对所述多孔介质岩心模型执行化学腐蚀工艺用于将增强所述初级结构强度的形状限定层消融掉，以得到暴露在呈固态的包埋填充物即所述包埋填充基体内表面的孔隙结构，此时所述孔隙结构的壁面材料即为所述呈固态的包埋填充物亦即所述包埋填充基体。

7.如权利要求1所述的制备人造岩心的方法，其特征在于，对所述岩心样品进行热处理用于将所述初级结构消融掉，以形成所述内部孔隙微观结构，所述内部孔隙微观结构即为所述初级结构所占据的三维空间的形状，所述内部孔隙微观结构为所述人造岩心的孔隙空间主体。

8.一种制备人造岩心的装置，其特征在于，包括：

初级结构构建模块，用于通过3D打印技术来构建岩心孔隙的初级结构，所述初级结构表征和描述岩心孔隙的轮廓形状；

形状限定层形成模块，用于在所述初级结构外镀上一层硬质的形状限定层，所述形状限定层用于提高所述初级结构的强度以使所述初级结构保持稳定的形状；通过填充的方法在形成有形状限定层的初级结构外包埋金属、陶瓷、玻璃、耐高温的高分子材料中的一种或几种，形成包埋填充基体，所述包埋填充基体将形成有形状限定层的初级结构包埋在其内，形成内部包埋有所述初级结构的块状体或圆柱状体，该内部包埋有所述初级结构的块状体或圆柱状体即为所述岩心样品；硬质金属镀层或陶瓷镀层所构成的形状限定层发生气化的温度高于初级结构发生气化的温度；

固体包埋模块，用于在形成有所述形状限定层的初级结构外进行固体包埋，形成岩心样品；在方形或者圆柱形的模具中，将熔融状态的包埋填充物浇到形成有形状限定层的所述初级结构上，使熔融状态的包埋填充物与所述形状限定层的表面润湿完全贴合，包埋完成后降温，使熔融状态的包埋填充物固化形成呈固态的包埋填充物即所述包埋填充基体，再脱模，即可形成所述岩心样品；

多孔介质岩心模型形成模块，用于对所述岩心样品进行热处理，使得所述初级结构的材料气化并挥发，形成具有内部孔隙微观结构的多孔介质岩心模型，所述内部孔隙微观结构与所述初级结构相适配；

化学腐蚀执行模块，用于对所述多孔介质岩心模型执行化学腐蚀工艺，消融掉所述多孔介质岩心模型内壁上的形状限定层，获得内部具有孔隙结构的人造岩心，所述孔隙结构与所述形状限定层相适配。