地震物理模型低波阻抗人工砂岩储层样品及其制备与应用

摘要

本发明公开了一种地震物理模型低波阻抗人工砂岩储层样品及其制备与应用。该制备方法包括：将不同粒度的石英砂颗粒混合；将空心玻璃微珠和混合石英砂颗粒混合得到混合粉末；在环氧树脂中加入固化剂得到胶结剂；将胶结剂与混合粉末混合得到混合物料；将混合物料装填入模具中，放在压力器上水平固定，调整垂直方向压强，固定放置进行初步固化；脱模，干燥，得到人工砂岩储层样品。本发明在传统的人工砂岩制作基础上，以石英砂为原料，加入一定含量的空心玻璃微珠，采用环氧树脂作为胶结剂，通过冷压法制作适用于物理模拟的砂岩储层样品。本发明制备工艺简单，稳定性好，能够在超声地震物理模拟过程中取得良好的效果。

权利要求

1.一种地震物理模型低波阻抗人工砂岩储层样品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将不同粒度的石英砂颗粒进行混合，得到混合石英砂颗粒；

所述不同粒度的石英砂颗粒包括质量比为(10‑15):35的60目和200目两种；

S2、将空心玻璃微珠和混合石英砂颗粒进行混合，得到混合粉末；

混合石英砂颗粒与空心玻璃微珠的质量比为(10‑13):1；

S3、在环氧树脂中加入固化剂，得到胶结剂；

S4、将所述胶结剂和混合粉末进行混合，得到混合物料；

S5、将混合物料装填入模具中，放在压力器上水平固定，调整垂直方向压强至预定值，固定放置进行初步固化；

S6、将S5初步固化后的样品进行脱模，干燥，得到所述地震物理模型低波阻抗人工砂岩储层样品。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂为环氧树脂E‑51，所述固化剂为593型固化剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂E‑51和593型固化剂的质量比为(4‑6):1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合粉末与胶结剂的质量比为(8‑12):1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S5中所述垂直方向压强的预定值为

15MPa–25MPa，固定放置18h‑24h进行初步固化。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S6中所述干燥的温度为35‑45℃，时间为36h‑54h。

7.权利要求1‑6任一项所述制备方法制备得到的地震物理模型低波阻抗人工砂岩储层样品。

8.权利要求7所述地震物理模型低波阻抗人工砂岩储层样品在地震物理模拟中的应用。

说明书

地震物理模型低波阻抗人工砂岩储层样品及其制备与应用

技术领域

[0001] 本发明属于油气勘探与开发技术领域；具体涉及一种地震物理模型低波阻抗人工砂岩储层样品及其制备与应用。

背景技术

[0002] AVO(Amplitude variation with offset，振幅随偏移距的变化)技术与地震、地质以及测井等信息相结合用以油气预测已经取得巨大成功。用于研究地震反射振幅随炮点与接收器之间的距离即炮检距(或入射角)的变化特征来探讨反射系数响应随炮检距(或入射角)的变化，进而确定反射界面上覆、下伏介质的岩性特征及物性参数。随着AVO技术的发展，特别是第二类、第三类AVO现象，为大型致密砂岩气田勘探中发挥了重要的作用，例如苏里格气田。一般地，储层与围岩的波阻抗接近，产生第二类AVO现象；储层小于围岩的波阻抗，产生第三类AVO现象。定量研究第二类、第三类AVO特征，开展地球物理模拟，能够进一步解释储层地震响应规律，对非常规油气田勘探开发具有重要的指导意义。

[0003] 地震物理模拟是在实验室利用超声波模拟野外地震波，通过超声波换能器激发和接受信号，是研究地震波传播规律的有效手段，在实验室里制作符合实际地质构造或不同储层类型的物理模型，研究地震波在复杂构造及复杂储层中的运动学和动力学特征。物理6 2
模型制作工艺的限制，环氧类合成材料的可塑性高，波阻抗通常为(3.2‑4.7)x10kg/m s。模拟天然砂岩成分和结构的人工砂岩，具有特定的储层地震参数，用于研究其特定地震反射信号特征与其储集参数之间的关系。但是，传统的人工砂岩的速度为2800‑3400m/s，密度为
3 6 2
1.8‑2.2g/cm ，波阻抗的变化范围是(5.04‑7.48)x10 kg/ms，大于环氧类合成材料的波阻抗，因此第二类、第三类AVO现象的物理模型一直是地震物理模拟正演领域的难题。

发明内容

[0004] 为了解决上述技术问题，针对地震物理模型储层样品的问题，本发明提供一种地震物理模型低波阻抗人工砂岩储层样品及其制备与应用。

[0005] 为了实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

[0006] 本发明第一方面提供了一种地震物理模型低波阻抗人工砂岩储层样品的制备方法，包括以下步骤：

[0007] S1、将不同粒度的石英砂颗粒进行混合，得到混合石英砂颗粒；

[0008] S2、将空心玻璃微珠和混合石英砂颗粒进行混合，得到混合粉末；

[0009] S3、在环氧树脂中加入固化剂，得到胶结剂；

[0010] S4、将所述胶结剂和混合粉末进行混合，得到混合物料；

[0011] S5、将混合物料装填入模具中，放在压力器上水平固定，调整垂直方向压强至预定值，固定放置进行初步固化；

[0012] S6、将S5初步固化的样品进行脱模，干燥，得到所述地震物理模型低波阻抗人工砂岩储层样品。

[0013] 根据本发明的具体实施方案，优选的，所述不同粒度的石英砂颗粒包括粒径分别为40‑80目和150‑250目的两种。

[0014] 根据本发明的具体实施方案，优选的，所述不同粒度的石英砂颗粒包括质量比为(10‑15):35的60目和200目的石英砂颗粒。经过研究，不同粒度的石英砂颗粒混合物，对样品的影响较大。如果粒度较大时，颗粒之间的孔隙较大，孔隙度较高(超过40％)，不符合砂岩储层的情况。如果粒度较小，饱水后样品过于松散，会有少量颗粒流出，影响实验效果。经过多次实验，得出以上2种石英砂粒度混合后，胶结效果较好，孔隙度适当。2种粒径的石英砂颗粒的混合质量比在(10‑15):35范围效果更佳。

[0015] 本发明的关键点是通过物理模拟，得到了符合实际储层类型的低波阻抗的人工岩心。现有技术中制备人工砂岩技术大多是选择符合实际地层矿物成分和粒径的石英砂进行胶结，模拟实际地层特征。但是制作所得砂岩储层样品的波阻抗较大，与实际地层波阻抗相差较远。

[0016] 而本发明在人工砂岩制备中，使用了与实际砂岩储层矿物成分和粒径相符的石英砂的基础上，还加入了空心玻璃微珠；空心玻璃微珠密度小，声波速度低，可以有效降低砂岩的声波速度与密度，得到低波阻抗人工砂岩。

[0017] 根据本发明的具体实施方案，所述空心玻璃微珠为经过特殊加工处理后的玻璃微3
珠。空心玻璃微珠是一种密度为0.08‑0.11g/cm 的白色粉末状微粒，粒度在300‑400目，均匀混合后，空心玻璃微珠主要和胶结剂粘在石英砂颗粒周围，降低了人工样品的密度和速度。随着空心玻璃微珠含量的提高，波阻抗也随之降低。当空心玻璃微珠含量过高后，样品的速度、饱和特性都发生改变，失去人工砂岩的特性。优选的，混合石英砂颗粒和空心玻璃微珠的质量比为(10‑13):1较好。

[0018] 根据本发明的具体实施方案，胶结剂种类和比例可以根据需要调整，对于低波阻抗人工样品，水玻璃的胶结效果较差，冷压法常用的环氧类胶结剂效果较好。本发明优选了环氧树脂和固化剂的种类为：环氧树脂E‑51(即618型环氧树脂)和593型固化剂(即环氧树脂593固化剂)；更优选的，两者混合的质量比范围为(4‑6):1时效果较好，在5：1时效果最佳。

[0019] 根据本发明的具体实施方案，混合粉末与胶结剂的比例会影响样品的胶结效果。如果胶结物含量过高，会影响人工样品的孔隙特征，因此在保证样品饱水过程稳定的前提下，应当参考天然样品的胶结物含量，尽可能少的使用胶结剂。本发明优选的，混合粉末与胶结剂的质量比为(8‑12)：1是效果较好，在10:1时效果最佳。

[0020] 根据本发明的具体实施方案，冷压法人工砂岩制作工艺中，压制压力通常会影响样品的速度、密度等参数。优选的，S5中所述垂直方向压强的预设值为15MPa‑25MPa时得到的样品能得到良好的效果。考虑到高压下设备成本和实验安全，本实施方案使用20MPa压强进行压制。压制时间在2‑4h，压制完成后，在模具中固定放置18‑24h，样品初步固化。初步固化成型的样品脱模后进一步于优选的35～45℃的恒温箱中加速固化，固化时间优选为36h‑54h，彻底固化成型，即可制得本发明的人工砂岩储层样品。后续可根据需要进行打磨及修整外观。

[0021] 优选地，S6中所述干燥的温度为35‑45℃，温度过高，会影响胶结剂的性质，较低对实验固化时间影响不大，因此设定为35‑45℃左右较好，在40℃效果最佳，固化放置时间为36h‑54h，使得人工砂岩可以彻底固化。

[0022] 地震物理模型是地球物理正演的重要工具，结合实际勘探需要，制作不同特征的人工模型，模拟地下的储层特点。其中，第二类、第三类AVO响应的地震物理模型，需要低波阻抗的材料模拟人工砂岩储层。本发明在传统的人工砂岩制作基础上，以石英砂为原料，加入一定含量的空心玻璃微珠，采用环氧树脂作为胶结剂，通过冷压法制作适用于物理模拟的砂岩储层样品。该样品具备人工砂岩样品的特点，能够通过饱水和干燥处理研究不同饱6 2
和度的储层地震响应。同时，该样品干燥状态下的波阻抗为4.52x 10kg/m·s，能够满足第二类、第三类AVO物理模型制作的需要。本发明制备工艺简单，稳定性好，能够在超声地震物理模拟过程中取得良好的效果。

[0023] 本发明第二方面提供上述制备方法制备得到的地震物理模型低波阻抗人工砂岩储层样品。

[0024] 本发明第三方面提供上述地震物理模型低波阻抗人工砂岩储层样品在地震物理模拟中的应用。

[0025] 本发明实施例制备了一种适用于AVO物理模型的低波阻抗人工砂岩储层样品，干3 6 2
燥状态下，速度为2500m/s，密度为1.806g/cm ，波阻抗为4.52x10 kg/m·s。该样品基于环氧胶结的冷压法制作，采用石英砂和适量的空心玻璃微珠，具备人工砂岩的基本特点，通过饱水和干燥处理研究流体对储层样品的影响。波阻抗较低，适合进行第二类、第三类AVO响应的物理模型制作。

附图说明

[0026] 图1为本发明的低波阻抗人工砂岩储层样品的制作方法流程图。

具体实施方式

[0027] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

[0028] 在本发明实施例中：

[0029] (1)加热预热设备采用电热恒温培养箱，购自天津市中环实验电炉有限公司，型号为DHP‑600，温度设置为35‑40℃。

[0030] (2)材料称量设备采用电子天平，购自上海舜宇恒平科学仪器有限公司，型号为FA2004，精度为0.1mg。

[0031] (3)超声测试设备采用超声波换能器，购自广州汕头超声电子股份有限公司，型号为RS1.0M20D、RP1.0M20D。

[0032] (4)脉冲激发器，购自广州汕头超声电子股份有限公司，型号为CTS‑8077PR。

[0033] (5)数字示波器，购自泰克(Tektronix)科技有限公司，型号为DPO3012。

[0034] (6)石英砂颗粒购自灵寿县强东矿产品加工厂，使用标准筛进行了分选。

[0035] (7)环氧树脂与固化剂购自上海树脂厂有限公司，环氧树脂型号为618双酚A型环氧树脂，包装规格为20kg，外观为无色透明液体，色度≤2，25℃时粘度为11000‑12000MPa·s。固化剂型号为593‑2，包装规格为5kg/20kg，外观为无色透明液体，色度≤2，25℃下的粘度为70‑90MPa·s。

[0036] (8)空心玻璃微珠购自河北京航矿产品有限公司，粒径为300‑400目，密度为0.08‑3
0.11g/cm。

[0037] (9)硅胶粒购自青岛基亿达硅胶试剂有限公司，粒径为300‑400目，密度为0.15‑3
0.30g/cm。

[0038] 实施例1

[0039] 本实施例制备了一种含空心玻璃微珠的低波阻抗人工砂岩储层样品，如图1所示，包括以下步骤：

[0040] (1)选择40‑80目、150‑250目的石英砂，其质量比为(10‑15):35，优选为11：35。经过人工搅拌5‑10min后得到2种不同粒度的混合石英砂颗粒。

[0041] (2)随后将空心玻璃微珠加入混合石英砂颗粒中，继续混合5‑10min，得到混合粉末。

[0042] (3)以5:1的质量比配置618型环氧树脂与593型固化剂，充分搅拌混合，直到黏稠作为胶结剂。

[0043] (4)将混合粉末铺开，加入适量胶结剂进行混合，实例中采用人工混合方式搅拌制作混合物料，时间控制在1h以内。

[0044] (5)将钢制模具清理干净，并在模具内测涂抹一层凡士林。在混合物料装填入模具过程中，分多次添加，每次添加后用橡胶锤砸实。放置于压力器上水平固定，垂向加压20MPa，室温下持续时间为18‑24h，进行初步固化。

[0045] (6)样品脱模取出后，放置于35‑45℃恒温箱内，干燥时间约36‑54h，使样品彻底固结。取出后的样品为长方体，可以针对需要加工为不同形状的样块。

[0046] 用精密天平测量材料的质量m，数字卡尺测量长宽高长度(长宽高分布为a、b、c)，由于样品为长方体，简单打磨后可以直接计算体积，利用公式ρ＝abc/m，求出密度ρ。用超声波换能器(主频500kHz)和示波器测试模块的纵波速度。实验中样品的速度通过测量透射波旅行时的方式测量计算，利用换能器与样品直接接触，通过记录超声波在样品中传播所用时间T，结合已知样品长度，利用公式：v＝c/T，获得被测样品的纵波速度参数v。波阻抗为速度v与密度ρ的乘积，利用公式：WI＝ρv，可以计算得到样品的波阻抗。

[0047] 对比例1

[0048] 本对比例提供了一种不含空心玻璃微珠，2种不同粒度的石英砂的人工砂岩储层样品，与实施例进行对比。

[0049] 按照与实施例1相同的方法进行人工砂岩样品的制备，所不同之处在于，在步骤(1)中，将40‑80目、150‑250目的石英砂颗粒，按照质量比为15：35进行混合后，没有添加空心玻璃微珠(即没有步骤2)，确保混合后的固体颗粒的总质量与实施例1中相同，直接将混合后的粉末按照步骤(3)与胶结剂进行混合，得到混合物料。随后按照实施例1中的步骤制作得到人工砂岩。

[0050] 对比例2

[0051] 本对比例提供了将空心玻璃微珠替换为相同质量的硅胶粒，然后与两种已混合好的不同粒度的石英砂进行混合，得到人工砂岩储层样品，与实施例1进行对比。

[0052] 按照与实施例1相同的方法进行人工砂岩样品的制备，所不同之处在于，在步骤(2)中将40g硅胶粒加入混合后的石英砂中，硅胶粒密度低、加入后可以降低人工砂岩的密度，继续混合5‑10min，得到混合粉末。然后按照实施例1中，步骤3‑6的方法，制作得到人工砂岩。

[0053] 实施例1与对比例1、对比例2的详细参数如表1所示。可以看出，实施例1制作的人工砂岩储层样品，具有较低的波阻抗，可以进行进一步的物理模型实验。

[0054] 表1

[0055]

[0056] 由表1可得，对比例1没有添加空心玻璃微珠材料，得到的人工砂岩密度、声波速度以及波阻抗都很高。对比例2中添加了硅胶粒材料，替换了部分60目石英砂，密度发生了明显的降低，声波速度变化较小，人工砂岩的波阻抗降低，但是仍未达到低波阻抗储层的要求。在实施例1中添加了空心玻璃微珠材料，替换了部分60目石英砂，制备得到的人工砂岩，密度和声波速度都发生了明显的降低，人工砂岩的波阻抗出现了明显降低，符合低波阻抗储层的特性。

[0057] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。