[發明專利]制備具有雙重孔隙的碳酸鹽巖儲層物理模型的裝置及方法

有效

• 申請號: 201310327410.2
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103806905A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 孫致學;姚軍;孫治雷;施英;吳永平;昌倫杰
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾

技術領域

本發明屬于石油天然氣開采領域，具體地，涉及一種制備具有雙重孔隙的碳酸鹽巖儲層物理模型的裝置及方法，針對地下原油、天然氣、地下水等流體所在多孔介質(巖石)孔隙結構表征及真實物理模型重構。

背景技術

碳酸鹽巖儲層儲集空間類型有孔隙、溶孔乃至溶洞，儲層空隙尺度從微米級到米級，儲層松散，難以成型，考慮到鉆井風險及儲層段巖心成型性差等因素，很難鉆取具有雙重孔隙類型的天然巖心，限制了碳酸鹽巖油藏物理模擬實驗的開展。

物理實驗模擬的基礎和核心問題就是如何制備與天然碳酸鹽巖儲層具有相同的多種尺度空隙類型的人造實物物理模型。

目前，物理模型的制備主要分為宏觀物理模型和微觀物理模型兩種。宏觀物理模型制作成本較低，運行設備投資較少，但一般是由天然巖石粉末或石英砂摻入無機或有機膠合劑經壓鑄而成，該物理模型最大缺點僅適用于均質性較強的砂巖儲層，其微觀孔隙結構特征及膠結物成分與真實油藏巖石相差甚遠，對于具有溶蝕孔洞（孔隙和溶洞）雙重孔隙類型發育的碳酸鹽巖物理模型無法通過壓鑄制備；微觀物理模型幾何尺寸較小，能進行數據采集和圖像分析及圖像處理，由于采用光刻技術制作，其制作成本及難度和制作裝置的要求較高，而且該類模型一般為平面形態，固體骨架為玻璃板等材料，導致模型巖石學特征、潤濕性特征與實際巖石樣品相差較大，無法制備具有多種尺度孔隙介質的物理模型等問題，制約了具有雙重孔隙類型的碳酸鹽巖儲集層的物理模擬實驗的開展和應用。

發明內容

為克服現有技術中碳酸鹽巖儲層巖心獲取難度大、傳統物理模型制備方法不能制作雙重孔隙的碳酸鹽巖物理模型的缺點，本發明提供一種制備具有雙重孔隙的碳酸鹽巖儲層物理模型的裝置和方法，為常規油氣、地下水、天然水合物及地熱領域等物理模型的制備提供新方向。

為實現上述目的，本發明所采取的技術方案如下：

一種制作具有雙重孔隙的碳酸鹽巖物理模型的裝置，包括：巖樣內部結構掃描系統、數據處理與顯示系統、三維快速成型打印機、熱烘干設備；巖樣內部結構掃描系統為所述制作具有雙重孔隙的碳酸鹽巖物理模型的裝置中的基礎數據采集模塊，無損、真實地再現碳酸鹽巖儲層的內部結構特征；數據處理與顯示系統，接收并存儲巖樣內部結構掃描系統所獲取的待探測巖樣的二維切片圖像數據；三維快速成型打印機與數據處理與顯示系統連接，實現雙重孔隙結構巖樣的物理模型制備；熱烘干設備，對三維快速成型打印機所制作的物理模型進行加熱，從而完成物理模型的制備。

進一步地，巖樣內部結構掃描系統主要由X射線源、掃描架、探測器和圖像顯示與存儲系統四部分組成；通過向巖樣照射X射線，由探測器接收透過該樣品的X射線，計算X線衰減系數和吸收系數，由光信號轉換變為電信號，在圖像顯示與存儲系統上獲取連續多張反應巖樣內部孔隙尺寸、分布特征及連通關系的斷層二維切片圖像。

進一步地，巖樣結構掃描系統采用X射線斷層掃描攝影系統。

進一步地，巖樣內部結構掃描系統所獲取的連續斷層圖像數據通過連接線導入數據處理與顯示系統，按照巖樣切片圖像先后掃描順序，對巖樣切片圖像依次進行疊加，從而構建被掃描巖樣的孔隙、骨架的三維空間分布數據體；借助相應的三維成像及顯示系統，構建具有雙重孔隙類型巖石樣品的三維可視化模型，形成數據點云。

進一步地，數據處理與顯示系統采用計算機和相應的商業三維可視化軟件來處理數據。

進一步地，三維快速成型打印機與數據處理與顯示系統通過數據線連接，數據處理與顯示系統所獲取的巖樣三維模型信息通過數據連接線輸出到三維快速成型打印機；三維快速成型打印機供粉筒中加入環氧樹脂固化劑和碳酸鹽巖樣品粉末混合制成的鋪層粉末，在打印機工作平臺進行均勻鋪層；根據數據處理與顯示系統中三維可視化模型中指示的空隙與骨架方位信息，應用系統中的激光掃描頭由數控系統控制，對平面內的鋪層粉末按界面輪廓進行掃描，固化鋪層粉末燒結成型得到一層截面，未燒結部位為松散粉末，層層堆積疊加形成三維實體后去除未膠結粉末，實現雙重孔隙結構巖樣的物理模型制備。

進一步地，熱烘干設備由樣品室和加熱裝置組成，對三維快速成型打印機所制作的物理模型進行加熱，加熱原理為熱烘干設備接通電源后，電流經過樣品室周圍的電阻絲發熱，從而產生可控、穩定的恒定高溫，對物理模型進行加熱固化，從而完成滿足各種高溫高壓實驗條件的物理模型的制備。

一種制作裝置制作具有雙重孔隙的碳酸鹽巖物理模型的方法，利用上述制作具有雙重孔隙的碳酸鹽巖物理模型的裝置，其特征在于，包括以下步驟：