[发明专利]一种可视化碳酸盐岩微观渗流模型及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种可视化碳酸盐岩微观渗流模型及其制备方法和应用。该模型的制备方法包括：准备实际碳酸盐岩岩心的孔隙结构图案；切割冰洲石获得两块相同尺寸的冰洲石薄片，分别作为底板和面板；在底板表面上标出涂胶区域和孔隙网络区域；将孔隙结构图案复刻至底板表面的孔隙网络区域并刻蚀孔道结构；在底板表面上刻蚀与孔道相连通的进样口和出样口，同时对应面板上预留进样口和出样口的通道；将底板表面上的涂胶区域涂胶后，通过面板覆盖底板，固化后得到可视化碳酸盐岩微观渗流模型。该模型具有天然碳酸盐岩的矿物属性和良好透光性，能够模拟真实碳酸盐岩孔隙几何形态、孔道尺寸，最大限度还原真实碳酸盐岩孔隙内表面矿物组成。

技术领域

本发明属于油气田开发技术领域，涉及一种可视化碳酸盐岩微观渗流模型及其制备方法和应用。

背景技术

微观渗流模型及其制作技术是微观渗流实验的基础。为了适应不同研究内容的要求，人们研制了各种各样的物理模型，用以模拟多孔介质的孔隙系统，进行各种微观渗流实验，以求得到尽量接近实际多孔介质内部的真实情况的详细确切的研究成果。因此，微观渗流物理模型必须具备以下两种性能。一是模拟多孔介质孔隙系统的孔径大小，几何形态，以及表面矿物成分等，模拟得越逼真，越接近实际多孔介质，模型就越好；二是必须具有良好的透光性，以便于借助光学仪器观测研究孔道内部多相流体的分布和流动情况，透光性越好，越能得到清晰的图像，这种模型就越具有实用研究价值。油层真实岩心具有真实的孔隙系统，可以完全真实模拟实际多孔介质内渗流状态；但是，实际岩心不透光，无法借助光学仪器观察孔道内部流体的分布和流动。因此，在满足透光性的前提下，人们根据研究内容的需要，从不同角度模拟多孔介质的孔隙系统，从而研制了不同类型的微观渗流物理模型，以进行微观渗流力学的模拟实验，研究微观渗流的各种问题。这些模型大致可以分为四类：夹珠模型、毛管网络模型、孔隙网络模型和砂岩孔隙模型。

夹珠模型的制作工艺是用两片玻璃密集地夹持一层分选好的玻璃珠，封闭四周，只留下进口和出口，制成一个层状的多孔介质模型。这种模型能够较好的实现孔隙介质的三维结构，而且具有透光性，可以显示流动的某些特征细节。但是，夹珠模型不易精确地控制孔隙系统孔道大小的变化，而且在这种三维模型内部，想要完整的观察相见运动和各相的相互作用是非常难的。

毛管网络模型是刻蚀在玻璃平板上的毛细管网络。中科院渗流力学所在20世纪80年代初研制出了毛管网络模型，并配套了孔道内表面润湿性控制技术，孔道内表面粗糙度控制技术，模型再生和改性技术等，是微观渗流的模拟技术有很大的发展。这种模型的优点在于可以确切设定孔隙系统的孔道大小和形态分布，但是不能模拟三维孔隙系统的某些形态分布特征，特别是孔喉变化的特征。

孔隙网络模型是指用光刻技术在玻璃上制成多孔介质孔隙系统的图案，经过烧结成型制成孔隙网络模型。结合前文提到的配套技术，这种模型已经能够很大程度上模拟真实多孔介质内部孔隙系统的孔道大小和几何形态分布。它可以再现多孔介质的孔隙结构特征，特别是孔喉变化的特征。这种二维透明模型非常适合观察研究孔道中流体分布和流动的实验，适用于研究各相流体之间的界面现象和相互作用的机理。但是，由于这种模型是以玻璃(主要成分为二氧化硅)为材料制作的，无法模拟某些特殊岩性(例如碳酸盐岩)矿物成分和孔道内表面的复杂性质。虽然出现过个别文献采取了在玻璃孔道内壁涂抹一些矿物粉末以达到模拟孔道内壁矿物成分的目的，但是这种技术成本高而且做出来的模型不具备可再生性。

砂岩孔隙模型是一种真实油层孔隙结构的微观模型，其是利用实际岩心经过洗油、加工成片后，粘在两个光学玻璃板之间，密封并连上进口和出口而制成的。其优点是：因为它是真实岩心制作，所以基本保持真实岩心的孔隙结构、形态及矿物成分。但是缺点也很明显：真实砂岩岩心透光性差，容易使部分流场的显示不清晰。

目前微观渗流物理模型存在的主要问题是难以在模拟真实油层孔隙系统的几何形态和表面矿物的同时，又能具有良好的透光性以方便观察研究。

发明内容