一種含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地球物理勘探領(lǐng)域，更進(jìn)一步說(shuō)，涉及一種含水基地震物理模擬儲(chǔ)層 材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震物理模擬是在實(shí)驗(yàn)室利用超聲波模擬野外地震波，通過(guò)超聲波換能器激發(fā)和 接受信號(hào)，是研究地震波傳播規(guī)律的有效手段，在實(shí)驗(yàn)室里制作符合實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造或不同 儲(chǔ)層類型的物理模型，研究地震波在復(fù)雜構(gòu)造及復(fù)雜儲(chǔ)層中的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，制作 物理模型的材料必須具備一定的地質(zhì)特性，現(xiàn)在各大院所及高校中主要使用環(huán)氧樹(shù)脂和硅 橡膠合成地震物理模型材料，通過(guò)改變環(huán)氧樹(shù)脂與娃橡膠的配比來(lái)改變材料聲波傳播速 度，速度可以有l(wèi)〇〇〇m/s~2600m/s漸變，可以根據(jù)地層速度需要制作出速度不同的物理模 型。也有一些科研院所通過(guò)在環(huán)氧樹(shù)脂材料中加入不同顆粒度的石英砂等顆粒材料來(lái)模 擬具有空隙結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)層特性，但這種材料只是近似儲(chǔ)層材料，因?yàn)槠鋬?nèi)部不含流體，綜上所 述，環(huán)氧樹(shù)脂與硅橡膠或石英砂顆粒等復(fù)合材料仍有以下兩個(gè)缺點(diǎn)：
[0003] -是環(huán)氧樹(shù)脂和硅橡膠在外加助劑的作用下可以配制出聲波傳播速度不同的地 震物理模擬材料，能夠很好地用于地質(zhì)構(gòu)造的模擬和研究，但無(wú)法模擬具有孔隙結(jié)構(gòu)的儲(chǔ) 層地質(zhì)特性。
[0004] 二是環(huán)氧樹(shù)脂與石英砂等顆粒材料制作的復(fù)合材料雖然具有一定的孔隙特性，但 流體介質(zhì)很難滲透進(jìn)去，無(wú)法進(jìn)行飽和流體實(shí)驗(yàn)，無(wú)法真正的去模擬研究?jī)?chǔ)層流體特性。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料及其制 備方法和應(yīng)用。本發(fā)明使用高分子材料，通過(guò)在環(huán)氧樹(shù)脂中加入吸水材料來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬儲(chǔ)層 的目的，材料無(wú)續(xù)至波，能夠很好的用于定量化儲(chǔ)層的研究。本發(fā)明使用環(huán)氧樹(shù)脂和具有強(qiáng) 吸水性能的聚丙烯酸酯類吸水材料進(jìn)行復(fù)合，通過(guò)改變吸水材料含量和吸水量的配比，制 作出孔隙大小不同和流體含量不同的復(fù)合材料。所述復(fù)合材料克服了現(xiàn)有制模材料致密無(wú) 孔隙或者有孔隙但無(wú)飽和流體的問(wèn)題，而且本發(fā)明的含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料不僅具 有飽含流體的特性，也具有較好的穿透性，續(xù)至波弱，為儲(chǔ)層大模型的制作及測(cè)試奠定了良 好基礎(chǔ)。
[0007] 本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料。
[0008] 本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料的制備方法。
[0009] 本發(fā)明的第三個(gè)目的是所述含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料在地震物理模型實(shí)驗(yàn) 中的應(yīng)用。
[0010] 本發(fā)明的一種含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料，包含澆注的以下組分：環(huán)氧樹(shù)脂預(yù) 聚物、稀釋劑、固化劑、聚丙烯酸酯類吸水樹(shù)脂、水、示蹤劑；其中，以所述環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物為 100重量份數(shù)計(jì)，所述稀釋劑為5~30份，優(yōu)選10~20份，所述固化劑為45~60份，優(yōu)選 50~55份，所述聚丙烯酸酯類吸水樹(shù)脂為1~10份，優(yōu)選1~5份，所述水為2~20份， 優(yōu)選2. 4~12. 5份，所述示蹤劑為0. 1~0. 5份，優(yōu)選0. 1~0. 2份；
[0011] 其中，環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物主要作為基體材料，稀釋劑主要用于降低體系粘度，有利于 抽真空脫泡，固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)，形成熱固性高分子材料，聚丙烯酸酯類吸水樹(shù)脂主要 起到吸水保水作用，用于模擬儲(chǔ)層流體。
[0012] 所述稀釋劑可為酯類增塑劑；具體可選自鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、 檸檬酸三乙酯中的至少一種，優(yōu)選鄰苯二甲酸二辛酯。
[0013] 所述固化劑可為胺類固化劑，具體可選自腰果油改性脂肪胺、改性芳香胺中的至 少一種，優(yōu)選腰果油改性脂肪胺。
[0014] 所述聚丙烯酸酯類吸水樹(shù)脂選自交聯(lián)型聚丙烯酸鈉鹽。
[0015] 所述示蹤劑可為親水性染料，具體可選自水彩顏料、水粉顏料、水性油墨中的至少 一種。
[0016] 所述的含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料的制備方法包括將所述的含水基地震物理 模擬儲(chǔ)層材料的各組分在內(nèi)的組分混合均勻，之后將其澆注并固化。
[0017] 其中，所述方法可包括以下步驟：
[0018] 首先把所述聚丙烯酸類吸水樹(shù)脂分散到所述稀釋劑中配制吸水樹(shù)脂分散液，再向 所述吸水樹(shù)脂分散液中加入所述示蹤劑和所述水混合成的溶液，配制成含水基分散液，最 后在所述環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物中加入所述固化劑和含水基分散液，配制成含水基復(fù)合材料；之 后將含水基復(fù)合材料攪拌抽真空脫泡處理，將脫泡后的得到的材料注入預(yù)先制作的模具 中，固化反應(yīng)24~30小時(shí)后脫模，即得所述含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料。
[0019] 具體地，
[0020] 所述配制吸水樹(shù)脂分散液可包括：將所述稀釋劑放入燒杯中，攪拌，轉(zhuǎn)速為150~ 200轉(zhuǎn)/分鐘，優(yōu)選200轉(zhuǎn)/分鐘，將所述吸水樹(shù)脂加入稀釋劑燒杯中，攪拌3~10分鐘（優(yōu) 選5分鐘），攪拌均勻；攪拌可以用本領(lǐng)域常用的攪拌器，如用電動(dòng)攪拌器等進(jìn)行攪拌，即得 吸水樹(shù)脂分散液；
[0021] 所述配制含水基分散液可包括：將所述水放入燒杯中，再向其中加入所述示蹤劑， 攪拌使其全部溶解于水中，會(huì)得到帶有顏色的水溶液，然后將其慢慢加入到所述吸水樹(shù)脂 分散液中，使水溶液吸附到吸水樹(shù)脂材料中，即得含水基分散液；
[0022] 所述配制含水基復(fù)合材料可包括：將所述環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物和所述固化劑攪拌混合 均勻后，再慢慢加入所述含水基分散液，攪拌3~10分鐘，優(yōu)選5分鐘，使幾種材料完全攪 拌混合均勻，即得含水基復(fù)合材料；
[0023] 所述固化反應(yīng)時(shí)間為24~30小時(shí)。
[0024] 另外，
[0025] 本發(fā)明的方法還可包括環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物的預(yù)處理（真空脫泡）和模具預(yù)處理（模 具脫模處理）步驟，均為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)處理。
[0026] 本發(fā)明中環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物的預(yù)處理（真空脫泡）的具體步驟可為：
[0027] 將所述環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物在45~60°C預(yù)熱1~1. 5小時(shí)，其中，優(yōu)選50°C，預(yù)熱1 小時(shí)，然后取出抽真空20~50分鐘，優(yōu)選30分鐘；備用。預(yù)熱可使用本領(lǐng)域常用的儀器， 如烘箱等。
[0028] 本發(fā)明中模具預(yù)處理（模具脫模處理）的具體步驟可為：
[0029] 在制作好模具后，在模具內(nèi)表面涂刷一層脫模涂層，一般可使用本領(lǐng)域常用的脫 模涂層，如硅膠等，脫模涂層交聯(lián)固化后再涂抹一層凡士林或硅油備用。
[0030] 本發(fā)明首次嘗試了把聚丙烯酸類的吸水材料用于地震物理模擬方面，開(kāi)發(fā)出了新 的復(fù)合材料，并成功運(yùn)用于儲(chǔ)層模型的制作。采用本發(fā)明的方法制作的含水基物理模擬儲(chǔ) 層材料，不僅具有一定的孔隙特征，還可以把流體固封在吸水樹(shù)脂中，使復(fù)合材料具有固相 和液相的兩種相態(tài)，可以很好地去模擬儲(chǔ)層地質(zhì)特性，可以通過(guò)吸水材料用量和水的用量 來(lái)控制孔隙度和流體含量；隨著流體含量的增加，復(fù)合材料速度呈下降趨勢(shì)，復(fù)合材料主頻 向低頻移動(dòng)，說(shuō)明該復(fù)合材料具備儲(chǔ)層的基本特性，本發(fā)明人經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終確定了性能 穩(wěn)定的配方。本發(fā)明主要由環(huán)氧樹(shù)脂和吸水樹(shù)脂材料組成，其中，吸水樹(shù)脂用量可根據(jù)吸附 流體用量而增減，流體含量可以根據(jù)需要而增減，為了觀察流體吸附狀態(tài)，添加了示蹤劑對(duì) 流體進(jìn)行染色處理，通過(guò)在環(huán)氧樹(shù)脂基體中添加吸水樹(shù)脂材料，能夠很好地去模擬流體儲(chǔ) 層材料，流體儲(chǔ)層材料振幅、主頻、縱波速度等參數(shù)都有很好的響應(yīng)特征。
[0031] 模型建造時(shí)，首先要根據(jù)研究目標(biāo)，確定模擬的目的層位，然后根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造解釋 設(shè)計(jì)模型，確定模型的幾何相似比和動(dòng)力學(xué)相似比，接著針對(duì)不同的層位、不同的構(gòu)造、不 同的速度，選擇合適的材料配方；配方確定后，按照模型的幾何尺寸和形狀制作模具，并用 硅膠封模；然后準(zhǔn)備材料，按本發(fā)明的制備方法即可澆注儲(chǔ)層目的層，待模型固化后脫模， 脫模后測(cè)定該層的地震參數(shù)。
[0032] 發(fā)明效果
[0033] 1.本發(fā)明的含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料具有一定的孔隙特征和飽含流體特 性；
[0034] 2.本發(fā)明的含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料具有很好的穿透性，達(dá)到320mv以上；
[0035] 3.本發(fā)明的含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料的孔隙度和流體含量可控；
[0036] 4.本發(fā)明的含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料的放熱量少，澆注量大。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為本發(fā)明含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料的制作工藝流程圖。
[0038] 圖2為本發(fā)明含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料的縱波速度與含水量的關(guān)系圖。
[0039] 圖2中，縱坐標(biāo)表示本發(fā)明含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料的縱波速度，單
[0040] 位為：米/秒，橫坐標(biāo)表示本發(fā)明含水基地震物理模擬儲(chǔ)層材料的含水量，
[0041] 單位為：％。五個(gè)節(jié)點(diǎn)表示實(shí)施例1~5的不同含水量對(duì)應(yīng)的含水基地震物理
[0042] 模擬儲(chǔ)層材料縱波速度。
[0043] 圖3為對(duì)比例1材料的聲波測(cè)試波形圖。
[0044] 圖4為實(shí)施例4材料的聲波測(cè)試波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 下面用實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，但是本發(fā)明的范圍不受這些實(shí)施例的限制。
[0046] 所用材料及助劑：
[0047] 環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物：
[0048] 618環(huán)氧樹(shù)脂（E-51)，無(wú)錫樹(shù)脂廠生產(chǎn)；
[0049] 稀釋劑：
[0050] 鄰苯二甲酸二辛酯，濟(jì)南市承恩化工有限公司生產(chǎn)；
[0051] 鄰苯二甲酸二丁酯，濟(jì)南市承恩化工有限公司；
[0052] 固化劑：
[0053] 固化劑F50(腰果油改性脂肪胺ZY-F50)，徐州中研化工有限公司生產(chǎn)；
[0054] 改性芳香胺9229,廣州百聯(lián)化工公司生產(chǎn)；
[0055] 聚丙烯酸酯類吸水樹(shù)脂：
[0056] 聚丙烯酸鈉鹽（KL-120)，南通科力吸水樹(shù)脂有限公司生產(chǎn)；
[0057] 水：通用自來(lái)水；
[0058] 示蹤劑：
[0059] 馬利95水粉顏料（430青蓮），上海實(shí)業(yè)馬利畫(huà)材有限公司生產(chǎn)；
[0060] 水性油墨，KD-L901，臨淄（凱迪）永紅油墨廠生產(chǎn)。
[0061] 高效聚羧酸系減水劑，PC-8A，江蘇奧萊特新材料有限公司生產(chǎn)。
[0062] 實(shí)施例1
[0063] 某地區(qū)物理模型第四層：
[0064] 目的：儲(chǔ)層流體的模擬；儲(chǔ)層厚度：5mm ;速度設(shè)計(jì)：Vp = 2310m/s ;流體含量： 5. 1% ;模型尺寸：60cm*30cm*10cm。
[0065] 實(shí)驗(yàn)原料包括按重量份數(shù)計(jì)算的下列組分：
[0066] 618環(huán)氧樹(shù)脂（E-51) 100 固化劑F50 50 鄰苯二甲酸二辛酯 20 聚丙烯酸鈉鹽（KL-120) 1 水 5 馬利95水粉顏料（430青蓮）0,1;
[0067] 具體實(shí)驗(yàn)步驟包括：
[0068] 1.材料預(yù)處理
[0069] 根據(jù)模型用料需求，把所述環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物放入烘箱50°C預(yù)熱1小時(shí)，然后取出 抽真空30分鐘備用。
[0070] 2.模具預(yù)處理
[0071] 在制作好模具后，在模具內(nèi)表面涂刷一層脫模涂層，使用硅膠做脫模涂層，等硅膠 交聯(lián)固化后再涂抹一層凡士林。