[發明專利]人造儲層物理模型的制備方法及其專用膠結劑

有效

• 申請號: 201310252919.5
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN104230298A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 岳湘安;賀杰;曹磊;欒強
• 申請（專利權）人: 中國石油大學
• 主分類號: C04B28/26
• 分類號: C04B28/26;B28B3/02
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 劉芳

技術領域

本發明涉及一種人造儲層物理模型的制備方法，尤其涉及一種人造油氣田儲層物理模型的制備方法其專用膠結劑，屬于人造儲層物理模型技術領域。

背景技術

天然巖心由于存在資源短缺、重復性差、無法模擬儲層的非均質性等缺陷，從而導致油氣田開發物理模擬實驗對人造儲層物理模型的需求十分迫切，人造儲層物理模型因此成為油氣田開發科學研究中必不可少的基礎。目前常用的人造儲層物理模型的制備方法主要包括環氧樹脂膠結石英砂和磷酸鋁石英砂燒結兩種。然而，采用環氧樹脂膠結工藝制備人造儲層模型時，環氧樹脂完全包覆在石英砂等礦物原料的表面，利用此模型進行模擬實驗時，大部分注入液會進入環氧樹脂的孔隙中，從而導致儲層模型的孔隙表面特性與真實儲層差異較大；而采用磷酸鋁石英砂燒結技術會破壞礦物原料成分從而改變其組成，同樣會導致制備的儲層模型不能夠真實準確地反映油氣田儲層的各種特性。

水玻璃是由堿金屬氧化物和二氧化硅結合而成的可溶性堿金屬硅酸鹽材料，因其具有良好的粘結能力而被廣泛應用于膠結劑組分上。現有技術中通常會向水玻璃中加入無機鹽（如氯化鋁、氯化鎂、氯化鈣、硅酸鈣等）來對其進行固化，加入氯鹽的主要目的是利用其水解產生的H⁺來與水玻璃中的OH^-發生中和反應，從而使水玻璃的水解向生成硅酸溶膠的方向進行，進而使水玻璃固化。雖然此過程中產生的新化學鍵(如-Si-O-Al-)或新化合物(如硅酸鈣)能夠增加水玻璃固化后的強度和耐水性，但是固化后的水玻璃中仍然存在大量的羥基(如HO-Si-O-Si-、HO-Al-O-Si-)，這些羥基通過氫鍵與水分子結合，會使水玻璃固化所產生的交聯網絡結構發生溶脹，從而無法經受長時間的水流沖刷，這顯然不能滿足石油與天然氣開發研究領域中對模型穩定性的要求。

中國發明專利CN102757212A公開了一種砂巖儲層低滲透人造巖心的制作方法，采用配比為100：1.1-1.8：1.5-2.5的硅酸鉀、氟硅酸鈉和硅酸鈣作為膠結劑，在與礦物原料按比例充分混合均勻后，在26MPa下預壓0.5min，經脫模、碾碎、再次過篩后，采用分質分壓的制作方法在26-80MPa下運用液壓系統持續加壓30min-60min，最后在變溫、定時條件下烘干，烘干的溫度和時間依次為40℃16h、80℃8h、120℃16h、160℃8h、200℃20h。然而此方法工藝相對復雜，而且制備的人造巖心的裸壓承壓能力僅達到7.5MPa，無法滿足高壓驅替需求；另外，其要求的烘干溫度較高，容易改變或破壞礦物原料的晶格結構，無法較好地模擬天然儲層的各種真實特性；再者，其膠結劑中所采用硅酸鈣組分會使制備的儲層模型在模擬水驅或化學驅時產生諸多不可控因素（如增加水的pH值、導致表面活性劑析出等），均不利于儲層模型的實際應用。

發明內容

本發明提供一種人造儲層物理模型專用膠結劑，其具有普遍的適用性，可用于各種不同組成的礦物原料，利用其制備人造儲層物理模型時所需的烘干溫度低，不會破壞礦物原料的組成，制備的模型機械強度高、穩定性好。

本發明還提供一種人造儲層物理模型及制備該人造儲層物理模型的方法，其操作簡單，工藝易于控制，可以根據需要來調整工藝，從而制備出具有不同機械強度并且能夠較好地模擬天然儲層的各種真實特性的均質或非均質的物理模型。

根據本發明提供的人造儲層物理模型專用膠結劑，其組成包括：水玻璃70-80重量份，固化劑10-25重量份、加強劑5-10重量份，其中所述加強劑為硅鋁酸鹽。

根據本發明提供的人造儲層物理模型專用膠結劑，其中所述水玻璃可以選自鈉水玻璃（Na₂O·nSiO₂）或鉀水玻璃（K₂O·nSiO₂），優選為鈉水玻璃。本發明對所述水玻璃的質量參數沒有嚴格要求，本領域常規使用的水玻璃（如模數為2.2-3.7、玻美度為35-52Be、密度為1.31～1.56g/mL的水玻璃）均適用于本發明。基于易操作性方面的考慮，可以使用模數2.2-2.5、玻美度40-46Be的鈉水玻璃。