徐宏光熊鈺王永清周文勝王玲蔣倩

1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院；2.中海油研究總院

特高滲疏松砂巖人造巖心的制作及評(píng)價(jià)

徐宏光1熊鈺1王永清1周文勝2王玲1蔣倩1

1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院；2.中海油研究總院

由于疏松砂巖膠結(jié)程度低、結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度小，現(xiàn)場(chǎng)取心成本昂貴且難以成型，不適用于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，因此提出制作特高滲疏松巖心代替部分儲(chǔ)層巖心。為評(píng)價(jià)人造巖心的可靠性及代表性，從巖樣的粒度組成、礦物成分、孔隙度、滲透率、膠結(jié)方式、膠結(jié)指數(shù)、孔隙結(jié)構(gòu)、壓縮系數(shù)、力學(xué)性質(zhì)以及滲流特性等方面進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，壓制壓力越小、膠結(jié)物含量越少、水驅(qū)強(qiáng)度越大，巖石強(qiáng)度越低，巖石越疏松越容易破壞。巖心屈服應(yīng)力隨壓制壓力的減小呈冪函數(shù)降低，隨膠結(jié)劑含量的減小呈對(duì)數(shù)降低，隨水驅(qū)強(qiáng)度的增加呈對(duì)數(shù)減小。制備具有一定強(qiáng)度的特高滲疏松巖心至少需要壓制壓力4 MPa，膠結(jié)劑含量在5%左右。研制的疏松巖心在各方面與儲(chǔ)層巖心相似，可代替儲(chǔ)層巖心進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)為特高滲疏松巖心的研究提供借鑒。

特高滲；疏松砂巖；人造巖心；物理特性；力學(xué)性質(zhì)

巖心實(shí)驗(yàn)是解決油田開發(fā)過(guò)程中遇到問(wèn)題的重要手段，但由于受到儲(chǔ)層巖心來(lái)源的限制，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究中多數(shù)采用人造巖心。人造巖心的制作經(jīng)歷了50多年的發(fā)展，巖心類型、制備方法多種多樣。人造巖心主要包含常規(guī)巖心與非常規(guī)巖心：常規(guī)巖心分為膠結(jié)巖心與疏松巖心，非常規(guī)巖心包含水合物巖心、泥頁(yè)巖巖心等［1-2］。程林峰等采用磷酸鋁膠結(jié)石英砂制作高滲抗壓強(qiáng)度高的巖心，但制作的巖心沒(méi)有黏土礦物，與儲(chǔ)層巖心性質(zhì)存在較大差異［3］。Simandoux等采用直接壓制疏松砂巖人造巖樣的方法，但是其巖樣強(qiáng)度差，較難成型［4］。B. W. Hum等使用丙烯酸樹脂、水泥和石英砂制作了具有一定強(qiáng)度的人造巖樣，但此種巖心與儲(chǔ)層巖心差距較大［5］。唐仁騏等制作的HNT人造巖心，有一定的抗壓強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度達(dá)到10 MPa以上［6］。趙群等考慮了溫度的對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響，溫度過(guò)低，巖石顆粒膠結(jié)程度不夠，固結(jié)強(qiáng)度較低；溫度過(guò)高，巖樣將變得松散，抗壓強(qiáng)度明顯降低［7］。張國(guó)新、邱建君等采用儲(chǔ)層松散巖心制作了疏松砂巖巖樣，但其主要適合楊樓、新莊油田［8-9］。蔣志斌、王志勇等以河砂、石英砂為原料，采用不銹鋼管填砂的方式模擬疏松巖樣，但這種方法制作的巖心承壓能力較弱［10-11］。梁萬(wàn)林考慮了環(huán)氧樹脂環(huán)氧值對(duì)巖石強(qiáng)度的影響，制備了不同壓力、溫度和石英砂配比下的巖心［12］。韓學(xué)輝等在覆膜法的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種分散泥質(zhì)膠結(jié)疏松人工巖樣的新方法［13］。熊鈺等考慮地層水對(duì)人造巖心的影響，采用三種方法獲得疏松砂巖巖樣，其中人工壓制和液壓機(jī)壓制的巖樣承壓能力和抗變形能力較弱［14］。綜上所述，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)人造巖心的制作進(jìn)行了廣泛的研究，但對(duì)具有一定強(qiáng)度的特高滲疏松人造巖心的研究相對(duì)較少。

目標(biāo)區(qū)塊為海上疏松砂巖稠油油藏，油田儲(chǔ)層巖石膠結(jié)性差、結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度小且非均性嚴(yán)重，常規(guī)取心條件下儲(chǔ)層巖心獲取困難，有些區(qū)塊沒(méi)有探井無(wú)法取得巖心，還有些區(qū)塊取得的儲(chǔ)層巖心松散、不易成型，洗油后一般為散砂，難以滿足實(shí)驗(yàn)要求。儲(chǔ)層巖心匱乏給室內(nèi)研究工作帶來(lái)諸多困難，因此制作一種具有一定強(qiáng)度的特高滲疏松巖心十分必要。在國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，研究了一種在粒度組成、礦物成分、孔隙度、滲透率、膠結(jié)方式、膠結(jié)指數(shù)、壓縮系數(shù)以及力學(xué)特征等方面與儲(chǔ)層巖心相似的人造巖心，該方法制作的疏松巖樣性質(zhì)穩(wěn)定，可為室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究提供滿意的樣品，并為后續(xù)疏松巖心的制作提供技術(shù)支撐。

1 人造巖心的制作

Preparation of arti fi cial core

1.1 制作材料的選取

Material selection

人造巖心的構(gòu)成主要包含骨架顆粒、黏土礦物以及膠結(jié)劑。其中，人造砂巖的骨架以砂粒為主，其來(lái)源較廣，常用的骨架顆粒以石英砂和河砂為主；黏土礦物通常包含高嶺石、蒙脫石、伊利石等，黏土礦物的選擇以儲(chǔ)層巖心的礦物組成為依據(jù)；常用的膠結(jié)劑主要有樹脂類膠結(jié)劑、磷酸鋁膠結(jié)劑和復(fù)合膠結(jié)劑。目標(biāo)區(qū)塊的砂巖沉積相以水下分流河道、河口壩、遠(yuǎn)砂壩及前緣席狀砂微相為主，儲(chǔ)層巖石多屬于巖屑長(zhǎng)石砂巖，其次為巖屑長(zhǎng)石石英砂巖。膠結(jié)物為泥質(zhì)，含量小于10%。黏土礦物中蒙脫石含量 45%～94%，高嶺石 3%～51%，伊利石 1%～20%。根據(jù)目標(biāo)區(qū)塊沉積相及物性特征，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，考慮巖心的相似性、制作的難易性和重復(fù)性等方面，最終選用河砂、膨潤(rùn)土以及環(huán)氧樹脂為原料進(jìn)行巖心制備。

1.2 制作步驟

Preparation procedure

（1）根據(jù)儲(chǔ)層巖心粒度分析結(jié)果（如圖1 所示），篩選不同粒徑（40～60目、60～100目、100～200目）的巖石骨架顆粒，按照一定比例4∶5∶1和5∶4∶1混合均勻。

圖1 儲(chǔ)層巖心粒度組成分布Fig.1 Distribution of size composition of reservoir core

（2）加入合適比例（6%～10%）的黏土礦物。

（3）加入適量（3%～5%）的環(huán)氧樹脂膠結(jié)劑混合均勻，而后加入地層水潤(rùn)濕并攪拌均勻。

（4）將混合均勻的材料裝入標(biāo)準(zhǔn)柱塞巖樣模具，采用液壓機(jī)進(jìn)行壓實(shí)并在一定的壓力下（4～10 MPa）壓制5 min。

（5）將模具放入烘箱，在105 ℃下烘烤3 h，使膠結(jié)劑與骨架顆粒充分膠結(jié)，烘箱冷卻至常溫，取出成型巖心（如圖2所示）。

圖2 成型疏松人造巖心Fig. 2 Man-made shaped unconsolidated core

2 巖心的基本特性

Basic characteristic of core

人造巖心巖性設(shè)計(jì)以儲(chǔ)層巖心為依據(jù)，由于制作材料純度、壓力和溫度等因素影響，其特性必然與儲(chǔ)層巖心存在一定差別，因此需要對(duì)比人造巖心與儲(chǔ)層巖心的基本特性。文中研究了巖心的粒度組成、礦物成分、孔隙度、滲透率、膠結(jié)方式、膠結(jié)指數(shù)、孔隙結(jié)構(gòu)、巖石壓縮系數(shù)以及力學(xué)性質(zhì)。其中，巖心的粒度組成、礦物成分、孔隙度、滲透率、膠結(jié)方式等依據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的巖心分析方法進(jìn)行。膠結(jié)指數(shù)測(cè)試采用SCMS-E型高溫高壓巖心多參數(shù)儀，依據(jù)巖石電阻率參數(shù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量及計(jì)算方法進(jìn)行?？紫督Y(jié)構(gòu)研究采用GS-1型壓汞儀，依據(jù)巖石毛管壓力曲線的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。巖石壓縮系數(shù)依據(jù)巖石孔隙體積壓縮系數(shù)測(cè)試方法進(jìn)行。力學(xué)性質(zhì)測(cè)試采用美國(guó)GCTS公司RTR-1000型三軸巖石力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)，依據(jù)工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2.1 巖心的粒度組成與礦物成分

Size composition and mineral composition

制作人造巖心，首先要保證巖石的粒度組成和礦物成分與儲(chǔ)層巖心相似。研究中采用馬爾文激光粒度分析儀與X’PertPROX射線衍射儀對(duì)儲(chǔ)層巖心的粒度與礦物成分進(jìn)行分析，根據(jù)粒度組成（如圖1所示）和礦物成分分析（見表1）結(jié)果制作人造巖心，而后對(duì)人造巖心粒度與礦物成分進(jìn)行測(cè)試并與儲(chǔ)層巖心對(duì)比以保證二者的相似性。人造巖心粒度主要分布在180～630 μm（如圖3所示），與儲(chǔ)層巖心相似。人造巖心的主要礦物為石英和長(zhǎng)石，且各礦物在測(cè)驗(yàn)標(biāo)本中的平均百分含量都比較接近，人造巖心礦物可以較好代表目標(biāo)區(qū)塊礦物組成成分（見表1）。

2.2 巖心的孔隙度與滲透率

Porosity and permeability

圖3 人造巖心粒度組成分布曲線Fig. 3 Distribution curve of size composition of artifcial core

表1 人造巖心礦物成分Table 1 Mineral composition of artifcial core

在保證了巖心的粒度組成和礦物成分之后，要滿足人造巖心的孔隙度、滲透率與儲(chǔ)層巖心的相似性。制作中主要考慮了壓力的影響，壓制壓力越高，巖石孔隙度、滲透率越低。目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層物性較好，孔隙度在25%～45%之間，滲透率從幾百毫達(dá)西到十幾達(dá)西之間，平均滲透率為3 000 mD。根據(jù)儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)，孔隙度大于30%、滲透率大于2 000 mD為特高孔特高滲儲(chǔ)層。而人造巖心的孔隙度介于31%～41%之間，滲透率超過(guò)2 000 mD（見表2），達(dá)到特高孔特高滲級(jí)別，與儲(chǔ)層巖心相似。

表2 人造巖心基本參數(shù)Table 2 Basic parameters of artifcial core

2.3 巖心的膠結(jié)類型與膠結(jié)指數(shù)

Consolidation type and index

巖心膠結(jié)類型和膠結(jié)程度的模擬也是制作人造巖心的重要因素。疏松人造巖心的制作難點(diǎn)在于既要滿足顆粒間的膠結(jié)類型、較弱的膠結(jié)程度，又要滿足一定的承壓能力。巖心的膠結(jié)類型可采用鑄體薄片和CT掃描技術(shù)測(cè)試。巖石的膠結(jié)程度可以通過(guò)膠結(jié)指數(shù)判斷，膠結(jié)指數(shù)通過(guò)巖電關(guān)系實(shí)驗(yàn)測(cè)量巖石含水時(shí)的電阻率和巖石完全含水時(shí)的電阻率并由阿爾奇公式計(jì)算得到，其計(jì)算公式為

式中，F(xiàn)為地層因素，小數(shù)；Ro為含水巖石電阻率，Ω·m；Rw為巖石所含水的電阻率，Ω·m；φ為巖石孔隙度；m為巖石的膠結(jié)指數(shù)。

強(qiáng)膠結(jié)巖石的膠結(jié)指數(shù)通常在2以上，中等膠結(jié)巖石的膠結(jié)指數(shù)為1.8～1.9，弱膠結(jié)巖石的膠結(jié)指數(shù)為1.6～1.7，極弱膠結(jié)巖石的膠結(jié)指數(shù)為1.4～1.5，未膠結(jié)巖石的膠結(jié)指數(shù)為1.2～1.3。

儲(chǔ)層巖心的鑄體薄片顯示巖心孔隙非常發(fā)育，分選較好，磨圓度為次圓～次棱狀，顆粒間以接觸式膠結(jié)和孔隙式膠結(jié)為主（如圖4所示）。人造巖心的CT掃描圖像顯示巖心孔隙連通性好，以孔隙式膠結(jié)和接觸式膠結(jié)為主，與天然巖心的膠結(jié)方式比較相似，能夠較好的模擬天然儲(chǔ)層（如圖5所示）。

圖4 儲(chǔ)層巖心鑄體薄片F(xiàn)ig. 4 Cast thin section of reservoir core

圖5 人造巖心CT掃描Fig. 5 CT scanning of artifcial core

儲(chǔ)層巖心膠結(jié)程度不一，膠結(jié)指數(shù)介于1.27～1.74，平均值為1.45，其中特高滲巖石膠結(jié)程度介于未膠結(jié)到極弱膠結(jié)之間。不同批次人造巖心的膠結(jié)指數(shù)介于1.2～1.6之間，巖石膠結(jié)程度與儲(chǔ)層特高滲巖心相似（如圖6所示），膠結(jié)程度能夠較好地模擬天然儲(chǔ)層。

圖6 人造巖心巖電測(cè)試結(jié)果Fig. 6 Rock electricity test results of artifcial core

2.4 巖心孔隙結(jié)構(gòu)

Pore structure

制作的巖心在粒度、礦物、孔隙度、滲透率、膠結(jié)程度等方面接近儲(chǔ)層巖心，其孔隙結(jié)構(gòu)是否與真實(shí)巖心接近。為探明人造巖心的孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)不同批次不同滲透率的巖心進(jìn)行壓汞實(shí)驗(yàn)（如圖7所示）。針對(duì)測(cè)試巖心，其主要喉道分布區(qū)間為5～30 μm，喉道峰值最大為19.2 μm，最小為6.3 μm。滲透率介于1 900 mD到3 600 mD儲(chǔ)層巖心的主要喉道分布區(qū)間為 4～35 μm，喉道峰值最大為 32.7 μm，最小為 14 μm。人造巖心的主要喉道分布區(qū)間均落在儲(chǔ)層巖心的范圍之內(nèi)，喉道峰值總體上略小于儲(chǔ)層巖心，個(gè)別巖心呈現(xiàn)雙峰態(tài)。說(shuō)明人造巖心的孔隙結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)層巖心接近。

圖7 人造巖心喉道半徑分布曲線Fig. 7 Distribution curve of throat radius of artifcial core

2.5 巖心壓縮系數(shù)

Compressibility coef fi cient

巖石壓縮系數(shù)是巖石彈性能量的度量參數(shù)，也是油藏工程的重要參數(shù)之一，廣泛應(yīng)用于油藏工程中的計(jì)算，但以往的巖心制作中大都忽略了巖石壓縮系數(shù)的研究。巖石壓縮系數(shù)通過(guò)改變巖石所受凈有效應(yīng)力，造成孔隙體積減小，采用壓力和孔隙體積數(shù)據(jù)計(jì)算得到。為保證人造巖心的壓縮性，測(cè)試了不同批次巖心的壓縮系數(shù)并與儲(chǔ)層巖心進(jìn)行對(duì)比。儲(chǔ)層巖心的壓縮系數(shù)主要在（30～200）×10-4MPa-1（見圖8）。通過(guò)對(duì)比，人造巖心的壓縮系數(shù)范圍主要為（20～370）×10-4MPa-1（如圖9所示）。儲(chǔ)層巖心的壓縮系數(shù)數(shù)量級(jí)在10-2～10-3MPa，遠(yuǎn)大于流體的壓縮系數(shù)，疏松砂巖儲(chǔ)層在流體壓力下降時(shí)具有較大的可壓縮性，而人造巖心的壓縮系數(shù)范圍覆蓋儲(chǔ)層巖心，說(shuō)明人造疏松巖心也有較大的可壓縮性。

圖8 儲(chǔ)層巖心壓縮系數(shù)曲線Fig. 8 Compressibility coeffcient curve of reservoir core

圖9 人造巖心壓縮系數(shù)曲線Fig. 9 Compressibility coeffcient curve of artifcial core

2.6 巖石力學(xué)性質(zhì)研究

Rock mechanical property

巖石在儲(chǔ)層中飽和了流體，受力狀態(tài)比較復(fù)雜，巖石同時(shí)受到地層壓力與上覆巖石壓力的共同作用。巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)中通過(guò)施加圍壓與軸壓模擬儲(chǔ)層巖石的三維應(yīng)力狀態(tài)，改變軸壓模擬地層壓力的變化，巖石在力的作用下發(fā)生形變。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，繪制出巖石的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，求取巖石的力學(xué)參數(shù)，得到巖石的強(qiáng)度特征。

2.6.1 壓制壓力對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響 天然疏松巖樣洗油后一般為散砂，幾乎沒(méi)有承壓能力，難以用于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，但儲(chǔ)層巖心在地層中受到上覆巖石壓力與地層壓力的共同作用，具有一定承壓能力。因此，需要對(duì)不同壓制壓力下制作的巖心進(jìn)行力學(xué)性質(zhì)研究（如圖10所示）。研究表明隨著壓制壓力的增加，巖石的屈服應(yīng)力增加，巖石強(qiáng)度越大，屈服應(yīng)力與壓制壓力存在較好的冪函數(shù)關(guān)系（如圖11所示），而對(duì)于2 MPa下壓制的疏松巖心，承壓能力較弱，施加壓力后即產(chǎn)生塑性變形。為了保證制作的疏松巖心有一定的承壓能力，在進(jìn)行巖心制作時(shí)壓制壓力不能太低，否則實(shí)驗(yàn)中巖心極易變形破壞，難以反映真實(shí)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。其中合適的壓制壓力需要根據(jù)目標(biāo)巖心的主要物性以及結(jié)合力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)確定。

圖10 不同壓制壓力下巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig. 10 Rock stress-strain curve under different pressing pressure

圖11 巖心屈服應(yīng)力與壓制壓力曲線Fig. 11 Core yield stress and pressing pressure curve

2.6.2 膠結(jié)物含量對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響 疏松儲(chǔ)層巖心的膠結(jié)程度主要受黏土礦物以及壓實(shí)作用的影響，而人造巖心中膠結(jié)物的含量和壓力都會(huì)影響巖石的力學(xué)特性。為研究膠結(jié)物含量對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響，在制作同一批次巖心時(shí)加入不同質(zhì)量的膠結(jié)劑，分別為1.5 g、2 g、3 g，其他因素相同，而后對(duì)巖心進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究膠結(jié)物含量與巖心強(qiáng)度的關(guān)系。針對(duì)測(cè)試的特高孔特高滲巖心，發(fā)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的膠結(jié)物含量對(duì)巖心的孔隙度、滲透率沒(méi)有太明顯的影響，但巖心的力學(xué)強(qiáng)度隨著膠結(jié)物含量的減少而變?nèi)酰ㄈ鐖D12所示）。膠結(jié)物含量與巖心屈服應(yīng)力存在較好的對(duì)數(shù)關(guān)系（如圖13所示），膠結(jié)物含量由4.76%變?yōu)?.44%時(shí)，屈服應(yīng)力降低，降幅達(dá)到65.4%，表明隨著膠結(jié)物含量的減少，巖石膠結(jié)程變差，巖石強(qiáng)度變小，巖石越容易被破壞。

圖12 不同膠結(jié)物含量下巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig. 12 Rock stress-strain curve under different cement contents

圖13 膠結(jié)物含量與屈服應(yīng)力關(guān)系曲線Fig. 13 Relationship between cement content and yield stress

2.6.3 注水強(qiáng)度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響 目標(biāo)區(qū)塊疏松砂巖油藏以注水開發(fā)方式為主，長(zhǎng)期注水以后，巖石物性會(huì)發(fā)生變化，影響注水效率以及油井產(chǎn)能。為了解注水對(duì)巖石的影響，實(shí)驗(yàn)中采用同一批次物性相近的巖心，設(shè)定不同的水驅(qū)速度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間水驅(qū)，將水驅(qū)后的巖心進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)顯示隨著水驅(qū)強(qiáng)度的增加巖石的強(qiáng)度變小（如圖14所示），巖石屈服應(yīng)力與水驅(qū)強(qiáng)度存在較好的對(duì)數(shù)關(guān)系，水驅(qū)強(qiáng)度由0.5 mL/min增加到1 mL/min的過(guò)程中，巖石屈服應(yīng)力降幅明顯，達(dá)到23.4%（如圖15所示）。說(shuō)明長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度水驅(qū)會(huì)導(dǎo)致巖石顆粒之間的膠結(jié)變?nèi)?，引起砂粒運(yùn)移和出砂加重，使得疏松巖石更容易破壞。

2.7 巖心的滲流特性

Percolation characteristic

滲流特性主要體現(xiàn)在流體各相之間、流體與巖石顆粒之間存在多種界面，表現(xiàn)出與界面現(xiàn)象有關(guān)的界面張力、潤(rùn)濕作用等，對(duì)流體在巖石中的分布和流動(dòng)產(chǎn)生重大影響。人造巖心的滲流特性是制作中模擬的重要因素。其中，人造巖心的潤(rùn)濕性對(duì)提高采收率等方面的實(shí)驗(yàn)有著重要作用，潤(rùn)濕性的相似性是巖心制作的重要指標(biāo)之一。人造巖心的潤(rùn)濕性主要受黏土含量與添加劑的影響。黏土含量從5%升至15%時(shí)，潤(rùn)濕性基本呈中性。黏土含量為15%時(shí)，認(rèn)為是極弱親水性。在制作材料中添加硅油、油溶性活性劑時(shí)，巖心的潤(rùn)濕性是親油的。巖心制作中的材料為經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期流水沖蝕的河砂以及含量6%～10%的黏土，巖心的潤(rùn)濕性呈中性、親水性，與儲(chǔ)層巖心的潤(rùn)濕性（相對(duì)潤(rùn)濕指數(shù)介于0.06～0.48）相似，二者的潤(rùn)濕性在相滲實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證。同時(shí)，兩種巖心相滲曲線的形態(tài)相似（如圖16所示），表明流體在巖心中的滲流過(guò)程相似。說(shuō)明人造巖心的滲流特性與儲(chǔ)層巖心接近。

圖14 不同注水強(qiáng)度下巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig. 14 Rock stress-strain curve under different water fooding strength

圖15 注水強(qiáng)度與屈服應(yīng)力關(guān)系曲線Fig. 15 Relationship between water fooding strength and yield stress

圖16 儲(chǔ)層巖心和人造巖心相滲曲線Fig. 16 Relative permeability curves of reservoir core and artifcial core

3 結(jié)論

Conclusions

（1）制備的具有一定強(qiáng)度的特高滲疏松巖心在粒度組成、礦物成分、孔隙度、滲透率、膠結(jié)方式、膠結(jié)指數(shù)、孔隙結(jié)構(gòu)、壓縮系數(shù)、力學(xué)性質(zhì)以及滲流特性方面與儲(chǔ)層巖心相似，重復(fù)性好，成功率高，可代替部分儲(chǔ)層巖心進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。人造巖心與儲(chǔ)層巖心的差異表現(xiàn)在個(gè)別巖心的孔喉分布曲線呈現(xiàn)雙峰態(tài)，認(rèn)為是河砂與儲(chǔ)層巖心顆粒的磨圓程度和球度差異所致，建議加入露頭巖石顆?；騼?chǔ)層巖石顆粒調(diào)整人造巖心的孔隙結(jié)構(gòu)。

（2）壓制壓力與膠結(jié)物含量對(duì)巖石強(qiáng)度有較大影響，壓制壓力越小、膠結(jié)物含量越少，巖石強(qiáng)度越小。制備具有一定強(qiáng)度的疏松巖心時(shí)壓制壓力至少保持4 MPa，膠結(jié)物的含量在5%左右。巖心屈服應(yīng)力隨壓制壓力的減小呈冪函數(shù)降低，隨膠結(jié)劑含量的減小呈對(duì)數(shù)降低。

（3）疏松砂巖在注水開發(fā)時(shí)，水驅(qū)速度越大，疏松砂巖越容易被破壞，砂巖巖石強(qiáng)度隨注水強(qiáng)度的增加呈對(duì)數(shù)減小。因此，建議在對(duì)疏松砂巖油藏進(jìn)行注水開發(fā)時(shí)選取合適的注入速度以保護(hù)儲(chǔ)層物性。

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（修改稿收到日期 2017-05-11）

〔編輯 李春燕〕

Preparation and evaluation on arti fi cial core of extra high permeability unconsolidated sandstone

XU Hongguang1, XIONG Yu1, WANG Yongqing1, ZHOU Wensheng2, WANG Ling1, JIANG Qian1
1. College of Petroleum & Gas Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, Sichuan, China;2. CNOOC Research Center, Beijing 100027, China

Unconsolidated sandstone is characterized by low consolidation degree, loose structure and low strength. And besides,its coring cost is high and the cores cannot be shaped easily. As a result, the cores are not applicable to laboratory experiments. In this paper, it was proposed to make unconsolidated cores of extra high permeability to replace some reservoir cores. To evaluate the reliability and representativeness of artifcial cores, the rock samples were investigated from the aspects of size composition, mineral composition,porosity, permeability, consolidation mode, consolidation index, pore structure, compressibility coeffcient, mechanical property and percolation characteristic. It is indicated that the lower the pressing pressure and cement content are and the higher the water fooding strength is, the lower the rock strength is, the looser the rock is and the more easily it can be damaged. The yield stress decreases exponentially with the decreasing of pressing pressure, and logarithmically with the decreasing of cement content and the increasing of water fooding strength. To prepare extra high permeability unconsolidated cores with certain strength, the pressing pressure shall be at least 4 MPa and the cement content shall be about 5%. It is demonstrated that the artifcial unconsolidated core is similar with reservoir cores all around, and it can replace the reservoir core for experiments. It can be used as the reference for the investigation of ultra high permeability unconsolidated cores.

extra high permeability; unconsolidated sandstone; artifcial core; physical characteristic; mechanical property

徐宏光，熊鈺，王永清，周文勝，王玲，蔣倩.特高滲疏松砂巖人造巖心的制作及評(píng)價(jià)［J］ .石油鉆采工藝，2017，39（4）：477-483.

TE135

A

1000 – 7393（ 2017 ） 04 – 0477 – 07

10.13639/j.odpt.2017.04.015

:XU Hongguang, XIONG Yu, WANG Yongqing, ZHOU Wensheng, WANG Ling, JIANG Qian. Preparation and evaluation on artifcial core of extra high permeability unconsolidated sandstone［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(4):477-483.

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“海上稠油高效開發(fā)新技術(shù)”（編號(hào)：2016ZX05025-001-004）。

徐宏光（1990-），西南石油大學(xué)在讀博士研究生，主要從事油氣田開發(fā)研究工作。通訊地址：（610500）四川省成都市新都區(qū)西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院。 E-mail：627633471@qq.com