[發明專利]一種碳酸鹽巖儲層微觀模型及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011517063.6
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112598986B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 梁天博;周福建;蘇航;于馥瑋;李源;李俊鍵;左潔;楊凱;曲鴻雁;姚二冬;李奔;胡曉東
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京);北京科麥仕油田化學劑技術有限公司
• 主分類號: G09B23/40
• 分類號: G09B23/40
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 劉鑫;李輝

本發明提供一種碳酸鹽巖儲層微觀模型及其制備方法和應用。該模型制備方法包括：方解石晶體切割成晶體片；晶體片浸漬于熔融態的蜂蠟中于表面形成蠟涂層；采用二氧化碳激光器按照目標圖案通道在晶體片正面的映射形狀除去其對應晶體片正面的蠟涂層，完成目標圖案通道的映射復刻；將晶體片正面向上浸入于鹽酸中并超聲振蕩以刻蝕蠟涂層暴露的通道圖案；鉆出刻蝕的通道與外界相連通的進出口通道；采用玻璃蓋片和粘合劑對晶體片正面覆蓋使晶體片粘合，然后清洗通道并對通道進行潤濕改性，得到碳酸鹽巖儲層微觀模型。本發明的碳酸鹽巖儲層微觀模型制備方法簡單快速，模型承壓能力極強，能夠用于研究潤濕性對碳酸鹽巖注水開發提高采收率效果的影響等。

技術領域

本發明屬于油氣開發過程中的孔隙尺度流體流動技術領域，涉及一種碳酸鹽巖儲層微觀模型及其制備方法和應用。

背景技術

目前世界上已經發現的油氣儲量99％以上集中在沉積巖中，而沉積巖中又以碳酸鹽巖和砂巖儲集層為主。其中，碳酸鹽巖儲層中油氣儲量占比巨大，石油占全球儲量的60％以上，天然氣占全球儲量的40％以上。然而，碳酸鹽巖油氣藏受到成巖作用影響，非均質性強，孔隙連通性差，滲透率低，鉆井后大多無自然產能或產量低，通常采用注水方式(含有表面活性劑或不含有表面活性劑)來提高油氣井產能。

在注水開發研究中，表面活性劑通過親油基團吸附在巖石表面的油濕物質上或將巖石表面吸附的油濕物質去除，使得巖石由油濕變為水濕，從而提高注水波及效率，最終提高油氣采收率。因此巖石的潤濕性對表面活性劑的優選至關重要。碳酸鹽巖和砂巖在原油未從烴源巖運移到儲集巖時呈水濕，由于巖石在地層條件下(高溫、高壓)長期與原油進行接觸，原油中的一些組分吸附在巖石表面導致巖石變為油濕，但它們兩種儲層巖石表面是有顯著區別的。其中，碳酸鹽巖表面呈正電，羧酸、環烷酸等物質呈負電，受靜電力的作用吸附導致巖石表面呈油濕，原油的酸指數控制碳酸鹽巖的原始潤濕性；而砂巖表面呈負電，原油中的重烴組分、膠質瀝青質等堿性物質吸附導致巖石呈油濕。原油的API重度，瀝青質含量以及黏土含量控制砂巖的原始潤濕性。因此，即便是注水中不含有表面活性劑的情況下，巖石表面類型同樣會影響水-巖石界面潤濕角，引起孔喉毛管力差異，最終導致注水效果差異。同樣的，實驗中保證相同的巖石類型是酸化研究的基礎。

目前，針對碳酸鹽巖注水開發的相關研究基本上以地下取芯巖心或人造巖心為研究對象。常規實驗方法如：公開號CN103245769A、CN104559991A，無法通過該類型研究方法直觀觀察到水相-油相-巖石相的界面現象，旨在直觀認識巖心內部的滲流機理的核磁共振方法(如公開號CN107144515)和CT掃描方法(如公開號CN106644877A)同樣無法達到實時觀察孔喉界面現象的分辨率，另外通過閾值分割數據處理方法也會導致結果偏差。微流控技術是一種新興技術，能夠將生物、化學等實驗室的基本功能微縮到一個幾平方厘米的模型上，在微納米尺度空間對流體進行操作。其實驗過程消耗量小、試驗速度快、安全性高、熱量質量傳遞速率高且直觀可視化等優勢已經成功用于油氣儲層表征。使用微流控技術設計的微觀油氣藏模型常用材料是硅、玻璃、石英或PDMS、PMMA等聚合物材料，其中玻璃材料制作工藝成熟，價格低廉，性能穩定，最為常見(如公開號CN108150162A和CN107939387A)。玻璃材料化學成分主要為二氧化硅和其他氧化物，可近似表征砂巖儲層，但與碳酸鹽巖儲層相距甚遠，不適合在碳酸鹽巖注水研究中使用。方解石材料無色透明，易于切割，但由于其化學活性和熱穩定性相比玻璃材料較高，鍵合難度極大，需要使用新工藝方法制作方解石材質微觀模型。Song、Wang等人(Wang et al.,2017；Yoon et al.,2019)使用化學合成方法，將碳酸鈣礦物“生長”在玻璃微流控模型上，借助玻璃材料成熟的制作工藝，實現碳酸鹽巖儲層的表征，但其化學合成的碳酸鈣表面并不是平整均勻的表面。在研究注水開發過程中，會影響水與碳酸鈣表面的接觸角，從而影響實驗結果。

為了使微觀模型能夠代表碳酸鹽巖儲層，從而研究碳酸鹽巖注水開發提高采收率機理，亟待設計出一種能夠穩定表征碳酸鹽巖儲層的微觀模型。

發明內容