一种用于岩石可钻性测试的人造岩心制备方法
【专利摘要】本发明涉及的是一种用于岩石可钻性测试的人造岩心制备方法，这种用于岩石可钻性测试的人造岩心制备方法：一、胶结物及矿物的制备，按重量份数称取相应可钻性级值的配备完善的造岩矿物组合8.5~9份，胶结物0.5~1.5份，置于容器中，再加0.05份的水搅拌均匀；二、模型的制备：将造岩矿物与胶结物的混合物均匀装入模具中，用压板将其压实；三、将填装好的模具置于压力试验机上，然后缓慢升压至10~80个大气压，稳压20分钟，卸压；将压制后的岩心放入烘箱内，在90℃条件下恒温6~8小时固化，自然冷却，得到具有一定可钻性级值的人造岩心。本发明制备的岩心与天然岩心在物理力学性质方面具有较好的相似性，通过调整组成矿物的含量、配比、粒度，胶结物含量及压制压力等，可以制备出具有不同可钻性级值的人造岩心。
【专利说明】一种用于岩石可钻性测试的人造岩心制备方法
[0001]一、【技术领域】:
本发明涉及的是应用在石油工程、采矿工程、岩土工程及岩石破碎领域中用于地层岩石模拟和机械钻速分析的人造岩心，具体涉及的是一种用于岩石可钻性测试的人造岩心制备方法。
[0002]二、【背景技术】:
在石油领域的科学研究中，常常需要使用岩心进行室内模拟实验。天然岩心受井眼尺寸影响，取心体积较小，无法进行大尺寸岩石测试实验。随着油气勘探开发的不断深入，井深从中浅层向深层、超深层延伸，取心难度日益增大，大段取心十分困难，取心费用越来越高。目前，由于天然取心的种种不足，国内很多研究机构都采用人造岩心进行室内模拟实验。通过人造岩心的模拟实验来探索地层规律，在体积、成本上人造岩心远远优于天然岩心。目前应用的人造岩心有石英砂环氧树脂胶结、石英砂充填、石英砂磷酸铝胶结等三种，其中，石英砂环氧树脂胶结模型是应用最广泛的。这些人造岩心主要是侧重于进行驱油试验和化学助剂产品的性能评价。而用于模拟地层岩石可钻性方面的人造岩心发明专利尚没有。
[0003]正确认识岩石可钻性对如何选取、设计钻头，提高机械钻速具有重要意义。岩石可钻性室内试验石油行业标准SY/T5426-2000是微钻头法，即用微钻头在岩样上钻孔，通过实钻钻时确定岩石的可钻性级值。该方法测试岩石可钻性级值需要用到大量的岩心试样，对于没有进行取心作业或者是岩心资料非常珍贵的区块，这种方法的应用就会受到一定的限制。因此，如果能室内制备出可钻性级值与天然岩心相近的人造岩心，那么岩石可钻性和室内全尺寸钻头模拟实验等分析范围将大大增加，并且实验成本也大幅度降低。
[0004]三、
【发明内容】
:
本发明的目的是提供一种用于岩石可钻性测试的人造岩心制备方法，它用于解决钻井取心尺寸小、数量少、费用高的问题。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:这种用于岩石可钻性测试的人造岩心制备方法:
一、胶结物及矿物的制备:
制备岩心的可钻性级值为f 3时，筛选出颗粒均匀的粘土 1份，加入0.5份水，并搅拌均匀，得到胶结物；使用滑石、石膏、方解石制备造岩矿物，其中滑石的含量按重量计为50%,石膏的含量按重量计为45%,方解石的含量按重量计为5%,同时所述矿物颗粒需要满足按重量计为:粒度为10-50目的颗粒所占比例为50%，粒度为60-100目的颗粒所占比例为40%，粒度为80~200目的颗粒所占比例为10% ；
制备岩心的可钻性级值为4飞时，按重量份分别称取环氧树脂0.8~1.2份、邻苯二甲酸二丁酯0. 0.5份、乙二胺0.05、.2份，倒入烧杯中充分搅拌并加入丙酮0.2^0.6份，并再次充分搅拌，等待4飞小时，得到胶结物；使用萤石、磷灰石、长石制备造岩矿物，其中萤石、磷灰石、长石的含量按重量计为:30%的萤石、55%的磷灰石、15%的长石，同时所述矿物颗粒需要满足按重量计为:粒度为10-50目的颗粒所占比例为25%,粒度为6(T100目的颗粒所占比例为50%，粒度为80?200目的颗粒所占比例为25% ；
制备岩心的可钻性级值为7?10时，取用有机硅树脂和聚乙烯醇缩丁醛复合改性后制 备的环氧树脂0. 8^1. 2份、邻苯二甲酸二丁酯0. ro. 5份、乙二胺0. 05、. 2份，倒入烧杯中 充分搅拌并加入丙酮0. 2^0. 6份，并再次充分搅拌，等待4飞小时，得到胶结物；使用石英、 黄玉、长石制备造岩矿物，其中石英、黄玉、长石的含量按重量计为：55%的石英、30%的长 石、15%的黄玉，同时所述矿物颗粒需要满足按重量计为：粒度为1(T50目的颗粒所占比例 为25%，粒度为6(Tl00目的颗粒所占比例为50%，粒度为8(T200目的颗粒所占比例为25% ； 按重量份数称取相应可钻性级值的上述配备完善的造岩矿物组合8. 5、份，胶结物 0. 5^1. 5份，置于容器中，再加0. 05份的水搅拌均匀；
二、模型的制备：模具由侧板、端板、底板和压板组成，底板与压板为硬木，其余为碳钢； 在造岩矿物与胶结物的混合物装入模具之前，用丙酮把模具内侧擦净以便于脱模，将造岩 矿物与胶结物的混合物均匀装入模具中，用压板将其压实；
三、经加压和加热处理得到人造岩心：将填装好的模具置于压力试验机上，调整模具位 置，使其保持在压力机承压板中心线上，然后缓慢升压至10?80个大气压，稳压20分钟，卸 压；将压制后的岩心放入烘箱内，在90°C条件下恒温61小时固化，关闭烘箱电源，自然冷 却至室温，得到具有一定可钻性级值的人造岩心。
[0006]本发明提供的人造岩心由胶结物和一种或几种造岩矿物按一定的重量配比，在一 定温度和压力下压制而成。其中胶结物主要包括粘土、环氧树脂、邻苯二甲酸二丁酯、乙二 胺、丙酮、用有机硅树脂和聚乙烯醇缩丁醛复合改性后制备的环氧树脂等。造岩矿物为不同 粒径的滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石等。
[0007]本发明制备方法中涉及的岩石可钻性分级是根据石油行业SY/T5426-2000中微 钻头法。微钻头法将岩石可钻性按实钻钻时分为rio，包括岩石可钻性级值为广3时的软 地层，可钻性级值为4飞时的中硬地层，可钻性级值为7?10时的硬地层。
[0008]有益效果：
(1)本发明制备的岩心与天然岩心在物理力学性质方面具有较好的相似性，通过调整 组成矿物的含量、配比、粒度，胶结物含量及压制压力等，可以制备出具有不同可钻性级值 的人造岩心；
(2)对于取心困难或需要大量岩心的实验，为了节约成本，可以应用与天然岩心可钻性 级值相近的人造岩心进行实验；
(3)由于天然岩心体积小，无法在地面上实现全尺寸钻头钻进实验，可以制作大尺寸的 人造岩心来测试；
(4)制作岩心的原材料来源广、价格低，岩心具有良好的重复性且可以批量生产，因此 单块岩心的费用比天然岩心低许多。
[0009]四、【具体实施方式】：
实施例1 :
一、制备可钻性级值为2的人造岩心，筛选出颗粒均匀的粘土 1份，加入0. 2份水，并 搅拌均匀，得到胶结物；使用滑石、石膏、方解石制备造岩矿物，其中滑石的含量按重量计为 50%,石膏的含量按重量计为45%,方解石的含量按重量计为5%,同时所述矿物颗粒需要满 足按重量计为：：粒度为10飞0目的颗粒所占比例为50%，粒度为6(T100目的颗粒所占比例为40%，粒度为80~200目的颗粒所占比例为10%。
[0010]按重量份数称取相应上述配备完善的造岩矿物组合8.5份，胶结物0.5份，置于容器中，再加0.05份的水搅拌均匀。
[0011]二、模型的制备:模具由侧板、端板、底板和压板组成，底板与压板为硬木，其余为碳钢；在造岩矿物与胶结物的混合物装入模具之前，用丙酮把模具内侧擦净以便于脱模，将造岩矿物与胶结物的混合物均匀装入模具中，用压板将其压实。
[0012]三、经加压和加热处理得到人造岩心:将填装好的模具置于压力试验机上，调整模具位置，使其保持在压力机承压板中心线上，然后缓慢升压至10-80个大气压，稳压20分钟，卸压；将压制后的岩心放入烘箱内，在90°C条件下恒温61小时固化，关闭烘箱电源，自然冷却至室温，得到可钻性级值为2的人造岩心。
[0013]实施例2:
制备可钻性级值为5的人造岩心。筛选30%的萤石、55%的磷灰石和15%的长石矿物颗粒，使粒度为10~50目、60-100目和80~200目的颗粒所占比例按重量计分别为25%、50%和25%，将三种矿物混合均匀，按重量称取混合矿物颗粒8份；按重量份分别称取环氧树脂I份、邻苯二甲酸二丁酯0.4份、乙二胺0.15份，倒入烧杯中充分搅拌并加入丙酮0.4份，并再次充分搅拌，等待4飞小时，得到胶结物；然后称取胶结物1.5份，加入混合矿物颗粒中，并加0.05份水，充分搅拌均匀；用丙酮把模具内侧擦净以便于脱模，将复膜矿物均匀装入模具中，用压板将砂压实；将填装好的模具置于压力试验机上，调整模具位置，使其保持在压力机承压板中心线上，然后缓慢升压至14个大气压，稳压20分钟，卸压。将压制后的岩心放入烘箱内，在90°C条件下恒温6小时固化，关闭烘箱电源，自然冷却至室温，得到具有一定可钻性的人造岩心；将该人造岩心置于岩石可钻性测试仪上，采用牙轮钻头模式，钻压设为889.66N，转速设为55rpm，测定钻进2.4mm所使用的时间，重复三次，求取钻时平均值
?,应用公式=log2i，求出可钻 性级值约为5。
[0014]实施例3:
制备可钻性级值为7的人造岩心。筛选30%的长石、55%的石英和15%的黄玉矿物颗粒，使粒度为10~50目、60~100目和80~200目的颗粒所占比例按重量计分别为25%、50%和25%，将三种矿物混合均匀，按重量称取混合矿物颗粒8份；按重量份分别称取用有机硅树脂和聚乙烯醇缩丁醛复合改性后制备的环氧树脂1份、邻苯二甲酸二丁酯0.3份、乙二胺0.15份，倒入烧杯中充分搅拌并加入丙酮0.5份，并再次充分搅拌，等待5小时，得到胶结物；然后称取胶结物1份，加入混合矿物颗粒中，并加入0.05份水，充分搅拌均匀；用丙酮把模具内侧擦净以便于脱模，将复膜矿物均匀装入模具中，用压板将砂压实；将填装好的模具置于压力试验机上，调整模具位置，使其保持在压力机承压板中心线上，然后缓慢升压至40个大气压，稳压20分钟，卸压。将压制后的岩心放入烘箱内，在90°C条件下恒温7小时固化，关闭烘箱电源，自然冷却至室温，得到具有一定可钻性的人造岩心；将该岩心置于岩石可钻性测试仪上，采用牙轮钻头模式，钻压设为889.66N,转速设为55rpm，测定钻进2.4mm所使
用的时间,重复三次,求取钻时平 均值?,应用公式JQ =1g2^ ,求出可钻性级值约为7。
【权利要求】
1.一种用于岩石可钻性测试的人造岩心制备方法，其特征在于:这种用于岩石可钻性测试的人造岩心制备方法: 一、胶结物及矿物的制备: 制备岩心的可钻性级值为1~ 3时，筛选出颗粒均匀的粘土 1份，加入0.2份水，并搅拌均匀，得到胶结物；使用滑石、石膏、方解石制备造岩矿物，其中滑石的含量按重量计为50%,石膏的含量按重量计为45%,方解石的含量按重量计为5%,同时所述矿物颗粒需要满足按重量计为:粒度为10-50目的颗粒所占比例为50%，粒度为60-100目的颗粒所占比例为40%，粒度为80~200目的颗粒所占比例为10% ； 制备岩心的可钻性级值为4飞时，按重量份分别称取环氧树脂0.8~1.2份、邻苯二甲酸二丁酯0.1~0.5份、乙二胺0.05、.2份，倒入烧杯中充分搅拌并加入丙酮0.2^0.6份，并再次充分搅拌，等待4飞小时，得到胶结物；使用萤石、磷灰石、长石制备造岩矿物，其中萤石、磷灰石、长石的含量按重量计为:30%的萤石、55%的磷灰石、15%的长石，同时所述矿物颗粒需要满足按重量计为:粒度为10-50目的颗粒所占比例为25%,粒度为6(T100目的颗粒所占比例为50%，粒度为80-200目的颗粒所占比例为25% ； 制备岩心的可钻性级值为7~10时，取用有机硅树脂和聚乙烯醇缩丁醛复合改性后制备的环氧树脂0.8^1.2份、邻苯二甲酸二丁酯0.1~0.5份、乙二胺0.05、.2份，倒入烧杯中充分搅拌并加入丙酮0.2^0.6份，并再次充分搅拌，等待4飞小时，得到胶结物；使用石英、黄玉、长石制备造岩矿物，其中石英、黄玉、长石的含量按重量计为:55%的石英、30%的长石、15%的黄玉，同时所述矿物颗粒需要满足按重量计为:粒度为10-50目的颗粒所占比例为25%，粒度为60-100目的颗粒所占比例为50%，粒度为80-200目的颗粒所占比例为25% ； 按重量份数称取相应可钻性级值的上述配备完善的造岩矿物组合8.5、份，胶结物。.5^1.5份，置于容器中，再加0.05份的水搅拌均匀； 二、模型的制备:模具由侧板、端板、底板和压板组成，底板与压板为硬木，其余为碳钢；在造岩矿物与胶结物的混合物装入模具之前，用丙酮把模具内侧擦净以便于脱模，将造岩矿物与胶结物的混合物均匀装入模具中，用压板将其压实； 三、经加压和加热处理得到人造岩心:将填装好的模具置于压力试验机上，调整模具位置，使其保持在压力机承压板中心线上，然后缓慢升压至10-80个大气压，稳压20分钟，卸压；将压制后的岩心放入烘箱内，在90°C条件下恒温61小时固化，关闭烘箱电源，自然冷却至室温，得到具有一定可钻性级值的人造岩心。
【文档编号】G01N1/28GK103868772SQ201410100159
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】李玮, 曹茂俊, 闫百全, 纪照生, 曲文驰, 肖红 申请人:东北石油大学