人造巖心的研制及滲透率影響因素研究

周春玲，朱趁安，王妍瓊，呂俊華，葉 智

（西安長慶化工集團(tuán)有限公司，陜西西安 710018）

人造巖心的研制及滲透率影響因素研究

周春玲，朱趁安，王妍瓊，呂俊華，葉 智

（西安長慶化工集團(tuán)有限公司，陜西西安 710018）

本文研究了膠結(jié)法制備人造巖心的研制方法。采用石英砂與環(huán)氧樹脂壓制膠結(jié)法制備的人造巖心模擬天然巖心，對滲透率、孔隙度模擬度高，具有良好的實驗重復(fù)性，能夠很好地進(jìn)行化學(xué)劑巖心驅(qū)油試驗評價。制備中對膠結(jié)物的配比、石英砂的砂型粒度、壓制壓力、膠結(jié)物占石英砂的比例含量、固化時間等進(jìn)行試驗調(diào)整，發(fā)現(xiàn)石英砂的砂型粒度、壓制壓力、膠結(jié)物的比例含量是影響滲透率的主要因素。

環(huán)氧樹脂；石英砂；人造巖心；滲透率；固化時間

在石油領(lǐng)域的科學(xué)研究中，常常需要使用巖心進(jìn)行室內(nèi)物理模擬實驗?；瘜W(xué)劑驅(qū)油是在注水達(dá)到經(jīng)濟(jì)極限后所采用的提高采收率的方法，為了更好地模擬化學(xué)劑地下驅(qū)油情況，模擬地層驅(qū)油條件，進(jìn)行室內(nèi)巖心物理模擬驅(qū)油實驗；用化學(xué)劑來改變水的波及面積、降低與巖石的界面張力及一定的乳化洗油性等達(dá)到驅(qū)油效果，為長慶油田提高原油采收率提供依據(jù)。

由于天然巖心受來源限制不易得到，絕大多數(shù)實驗采用人造巖心，以及長慶油田低滲透油層的特性，天然巖心的體積小，其滲透率低，則孔隙體積小，巖心飽和油量少，進(jìn)行化學(xué)劑評價時巖心驅(qū)替后的驅(qū)出液太少，使試驗結(jié)果無法評判；另外由于天然巖心的非均質(zhì)性，使驅(qū)替試驗結(jié)果無重現(xiàn)性，無法進(jìn)行化學(xué)劑性能對比，因而使人造巖心的使用變得極為普遍。在低滲透情況下，可以將人造巖心體積做大使得孔隙體積增大，通過改變模具就可任意改變?nèi)嗽鞄r心的外觀大小；在非均質(zhì)的情況下，可以通過固定人造巖心制備的各項試驗條件，制備出均質(zhì)的人造巖心。通過人造巖心物理模型實驗探索開發(fā)規(guī)律,用天然巖心來驗證規(guī)律是否正確，用礦場試驗決定是否大范圍推廣，人造巖心永遠(yuǎn)以天然巖心為參照。

1 試驗

1.1 試驗方法

人造巖心的制作通常有石英充填、磷酸鋁石英燒結(jié)、環(huán)氧樹脂壓制膠結(jié)法三種，從所制作巖心孔隙結(jié)構(gòu)與天然巖心的相近程度、巖心制作的難易性和重復(fù)性等方面看，環(huán)氧樹脂壓制膠結(jié)法具有更大的優(yōu)越性[1]。

試驗中用不同粒徑配比的石英砂與一定比例的環(huán)氧樹脂膠結(jié)物進(jìn)行膠結(jié)，攪拌均勻，裝入巖心模具內(nèi)，在一定壓力下用ZX-2型人造巖心制備裝置壓制一定時間，固化后從模具中取出即可得到人造巖心。

1.2 試驗制備及滲透率影響因素

1.2.1 膠結(jié)物配比 試驗所用膠結(jié)物主要為環(huán)氧樹脂，膠結(jié)物配比是把環(huán)氧樹脂用丙酮稀釋（丙酮約占15%）為易流動的溶液，加入固化劑、軟化劑，使膠結(jié)物在室溫下較快達(dá)到固化。軟化劑的加入影響膠結(jié)物的固化時間，并且影響膠結(jié)物的塑形，固化劑的加量多少影響固化快慢（見表1）。

表1 膠結(jié)物配比與固化時間關(guān)系及現(xiàn)象

綜合固化時間及固化現(xiàn)象按環(huán)氧樹脂溶液1 g所需固化劑0.16 g，軟化劑0.1 g配比膠結(jié)物為基準(zhǔn)，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)配。

1.2.2 膠結(jié)物占石英砂的比例及對滲透率的影響 膠結(jié)物占石英砂的比例與石英砂砂型粒度大小有關(guān)，石英砂砂型粒度大時需要的膠結(jié)物量少，砂型粒度小時需要的膠結(jié)物量多。根據(jù)多次試驗得出：每100 g石英砂所需膠結(jié)物含量根據(jù)砂型調(diào)整，膠結(jié)物在5 g～15 g之間變化，即石英砂和膠結(jié)物質(zhì)量百分比為：膠結(jié)物5%～15%，石英砂85%～95%。

膠結(jié)物加入到石英砂中比例過少則拌料太干，巖心不能成型，或壓出后的巖心松散易碎。膠結(jié)物加入過多則壓出的人造巖心過于致密，膠結(jié)物容易聚在人造巖心的底部，造成不均勻，因此膠結(jié)物與砂型一定要配比合適，再根據(jù)滲透率大小調(diào)整膠結(jié)物比例，需要滲透率大的人造巖心則適當(dāng)減少膠結(jié)物，需要滲透率小則增加膠結(jié)物量。

1.2.3 石英砂砂型比例及對滲透率的影響 不同粒徑的石英砂配比影響人造巖心的滲透率和孔隙結(jié)構(gòu)，試驗中選用了以下幾種不同配比制備人造巖心（見表2）。

表2 不同粒度石英砂配比

選擇的石英砂粒度越大，制備出的人造巖心孔隙度越大，滲透率就越高。選擇粒度0.15mm～0.1mm與0.1mm～0.05mm的石英砂作為主要比例是制作較低滲透率人造巖心的首選。

1.2.4 試驗壓力及對滲透率的影響 在向模具內(nèi)裝入巖心配料時，先將石英砂與膠結(jié)物攪拌均勻，將攪勻的配料一邊向模具內(nèi)加入，一邊給以一定壓力，直至裝完所有配料，壓力大小影響巖心滲透率大小及制出的巖心是否致密光滑。壓制中平均給出壓力分別為10MPa、30MPa左右，在此壓力下用ZX-2型人造巖心制備裝置保持恒壓一段時間，直至固化前從裝置中取出。

在其他條件相同時試驗壓力低于10MPa的巖心孔隙度大于試驗壓力高于10MPa的人造巖心孔隙度，滲透率隨壓力升高而減小。

1.2.5 試驗固化時間 固化時間受膠結(jié)物配比、溫度、稀釋劑及軟化劑的影響。稀釋劑及軟化劑的加入會使固化時間變長；溫度越高，固化時間越短，在溫度為27℃時巖心固化時間為4 h～5 h，在室溫21℃時巖心固化時間為6 h～7 h。在制備巖心中一定要估算固化時間，超過固化時間從模具內(nèi)取人造巖心時，巖心容易出現(xiàn)和模具固化在一起，取不出巖心，一旦取不出巖心，環(huán)氧樹脂膠沒有可逆性，無法用稀釋劑溶解已固化的配料，只有采用高溫?zé)撇拍苋〕觯划?dāng)在固化前取出巖心時會出現(xiàn)巖心松散、變形，制取不成功。所以當(dāng)配料在模具內(nèi)固化時要根據(jù)估算的大約固化時間，提前進(jìn)行兩頭交替倒換壓制活動，這樣巖心不易粘接在模具內(nèi)，并且防止了膠結(jié)物沉在巖心底部。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 選取不同條件制得人造巖心

選擇一定的膠結(jié)物比例及上面的不同石英砂配比在一定壓力下壓制一定時間獲得不同滲透率的人造巖心，各試驗條件（見表3）。

通過試驗，共制得比較成功的人造巖心9塊，在各試驗條件下制得的人造巖心外表光滑，直徑為2.5 cm、長度不等的圓柱狀（見圖1）。

從圖1 中可以看出，4#、5#、6#、7#人造巖心均出現(xiàn)不同程度的膠結(jié)物不均勻現(xiàn)象，7#膠結(jié)物與石英砂沒有拌勻最明顯，4#、5#、6#出現(xiàn)膠結(jié)物沉在巖心一頭，而8#以后經(jīng)過改進(jìn)后制出的巖心整體較均勻。

表3 人造巖心的制備

圖1 試驗中制得的人造巖心

2.2 人造巖心氣測滲透率

圖1 試驗中制得的人造巖心

表4 人造巖心的氣測滲透率值

將制備出的人造巖心用切片機進(jìn)行兩頭切割，稱重，105℃烘干2 h以上，冷卻后稱重，量取直徑與長度后測量氣測滲透率，各巖心滲透率（見表4）。

從表4及結(jié)合表2、表3分析所得結(jié)果，9#巖心致密是膠結(jié)物比例含量多、石英砂砂型粒度小及壓制壓力大的原因，4#、5#巖心在壓力不同其他條件都相同情況下，滲透率差別很大。所以在制備中要得到相同或相近的巖心，必須控制好各個條件。

加大膠結(jié)物占石英砂比例含量、石英砂砂型粒度小或壓制時增大壓力可以降低人造巖心的滲透率。

2.3 人造巖心驅(qū)油試驗

將4#、6#兩塊滲透率較大的人造巖心分別進(jìn)行表面活性劑驅(qū)油評價試驗，以及5#、13#兩塊較低滲透率的人造巖心進(jìn)行聚合物驅(qū)油試驗，并與滲透率較相似的天然巖心進(jìn)行驅(qū)油對比試驗，用北三區(qū)模擬原油試驗，試驗結(jié)果是人造巖心與北三區(qū)天然巖心驅(qū)替效果相似，巖心驅(qū)油試驗流程（見圖2）。

圖2 巖心驅(qū)油試驗流程

3 結(jié)論

（1）使用環(huán)氧樹脂壓制膠結(jié)法制備人造巖心，石英砂粒度越大，制備出的人造巖心孔隙度越大，滲透率就越高，針對長慶低滲透區(qū)塊，一般選擇粒度0.15mm～0.1mm與0.1mm～0.05mm的石英砂。

（2）制備人造巖心壓力一般控制在10MPa、30MPa左右。

（3）制備溫度在27℃時固化時間為4 h～5 h，21℃時固化時間為6 h～7 h。

（4）影響巖心滲透率的因素是石英砂砂型比例、壓制壓力、膠結(jié)物的比例含量。

（5）按照以上參數(shù)制備的人造巖心與天然巖心進(jìn)行驅(qū)油對比試驗，驅(qū)替效果相似。

［1]盧祥國.提高石油采收率理論與實踐文集［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2011.

［2]張玄奇.石油工程油藏物理實驗［M］.西北大學(xué)出版社，2004.

Study on the development of man-made core and the influencing factors of permeability

ZHOU Chunling，ZHU Chen'an，WANG Yanqiong，LV Junhua，YE Zhi
（Xi'an Changqing Chemical Industry Group Co.，Ltd.，Xi'an Shanxi 710018，China）

This paper studies the preparation method of artificial core by cementing method.The artificial core of natural core prepared by quartz sand and epoxy resin compression bonding method has high permeability and porosity simulation,and has good experimental repeatability,and can be used to evaluate the chemical agent core flooding test well.The ratio of cement to sand,the sand size,the pressing pressure,the ratio of cement to quartz sand and the curing time were tested.The sand size,pressing pressure and cement content of quartz sand were studied.Is the main factor affecting the permeability.

epoxy resin；quartz sand；artificial core；penetration；cure time

TE39

A

1673-5285（2017）09-0085-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.09.021

2017－08-28

周春玲（1968-），工程師，長期從事油田化學(xué)助劑的開發(fā)和生產(chǎn)及應(yīng)用工作，郵箱：zhouchunl_cq@petrochina.com.cn。