一种制备地球物理模拟储层模型的组合物、储层模型及制备方法

技术领域

本发明属于地球物理勘探领域，具体涉及一种制备地球物理模拟储层模型的组合物、储层模型及其制备方法。

背景技术

地震物理模拟是指在实验室通过利用超声波模拟野外地震波来研究地震波传播规律等，其可通过超声波换能器激发和接受信号来进行，是研究地震波传播规律的有效手段。现有技术中通过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来进行实验从而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(如图1所示为现有技术中利用脉冲激光器激发和接收信号模拟野外地震波作用于地震物理模型的激光超声测试系统图，图2所示为激光作用于物理模型时的激光激发光束聚焦图)。

其中，制作物理模型所用材料必须具有一定的地质特性。现在主要使用环氧树脂和硅橡胶合成地震物理模型材料，可以通过调节环氧树脂和硅橡胶的用量比例等根据地层速度需要来模拟制作出速度不同的物理模型。

常规激光激发超声技术都是在金属表面进行激发，而金属材料用来模拟地球物理模型研究不能够模拟体现储层速度变化这一特性，故金属材料无法用于制作地球物理模拟模型。而传统的用于地球物理模型的材料——环氧树脂与硅橡胶合成的材料，在进行激光激发超声时又会出现表面烧蚀，以及会使激光束在模型表面聚焦产生等离子体而产生较大的声波干扰(如图3所示)，从而影响有效超声反射的接收。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种制备地球物理模拟储层模型的组合物、储层模型及其制备方法，本发明的储层模型可使在地球物理模拟实验中激光激发超声时既能使有效能量穿透模型又不至于受到表面出现声波的干扰从而影响超声反射的接收。

为此，本发明第一方面提供了一种制备地球物理模拟储层模型的组合物，其包含透明层材料和基材，所述透明层材料包含第一环氧树脂和用于第一环氧树脂固化的无色环氧固化剂；所述基材包括第二环氧树脂及用于第二环氧树脂固化的环氧固化剂，和/或，硅胶及用于硅胶固化的硅胶固化剂，所述第一环氧树脂为透明环氧树脂，所述透明环氧树脂对波长400nm-800nm的可见光透光率不小于80％。

根据本发明的一些实施方式，所述第一环氧树脂的粘度为11000-14000mPa.s，优选所述第一环氧树脂为E-51型环氧树脂。

根据本发明的一些实施方式，所述无色环氧固化剂选自脂环胺改性固化剂中的至少一种，例如2269型环氧固化剂。根据本发明，无色环氧固化剂具有低气味、高光泽、硬度好、机械性能优良、耐候性、耐黄变性能优良的特点。其中R-2269外观呈无色透明液体状，色度(Gardner)指数小于等于1，在25℃的实验环境中，配合环氧当量180-190的双酚A型树脂，可使用时间(100g/25℃)需要42分钟，是适于本发明用于所述第一环氧树脂固化的优良固化剂。

根据本发明，所述用于环氧树脂的固化剂及用于硅胶的固化剂根据所选取的环氧树脂和硅橡胶种类决定，可以使用厂家专用配套固化剂，相应地，所用固化剂的用量可以使用厂家推荐用量。

根据本发明，所述第二环氧树脂的选择范围较宽，可以为本领域已知的用于制备地震物理模拟储层模型的环氧树脂材料。根据本发明的一些实施方式，所述第二环氧树脂的粘度为6000-14000mPas，优选所述第二环氧树脂选自E-51型环氧树脂、E-44型环氧树脂和 E-31型环氧树脂中的至少一种。

根据本发明的一些实施方式，所述第一环氧树脂和所述无色环氧固化剂的质量比为 (1-10)：1，在一些实施方式中，所述第一环氧树脂和所述无色环氧固化剂的质量比为2：1。

根据本发明，所述环氧固化剂的种类和用量的选择范围较宽，以能使所述第二环氧树脂固化为准。在一些优选的实施方式中，所述环氧固化剂选自2216固化剂、650固化剂、593固化剂和T-31固化剂中的至少一种。

根据本发明的一些实施方式，所述第二环氧树脂与所述环氧固化剂的质量比为(1-10)： 1。在一些实施方式中，所述第二环氧树脂和所述环氧固化剂的质量比为2：1。

根据本发明，所述硅胶的选择范围较宽，可以为本领域已知的用于制备地震物理模拟储层模型的硅胶材料。根据本发明的一些实施方式，所述硅胶为107硅胶，具体的所述硅胶的例子包括但不限于ST-107硅胶。

根据本发明，所述用于硅胶固化的硅胶固化剂的种类和用量的选择范围较宽，以能使所述硅胶固化为准。在一些优选的实施方式中，所述硅胶固化剂为107硅胶固化剂。

在一些优选的实施方式中，所述硅胶与硅胶固化剂的质量比为(15-25)：1。在一些实施例中，所述硅胶与硅胶固化剂的质量比为20：1。

根据本发明，所述透明层材料和所述基材的用量比无特殊限定，以使制得的模型中所述透明层材料制得的透明表层厚度为1-5cm为准。

本发明第二发明提供了一种如本发明第一方面的组合物制得的地球物理模拟储层模型，所述地球物理模拟储层模型包括透光表层和基层，其中，所述透光表层由所述透明层材料制得，所述基层由所述基材制得。

根据本发明的一些实施方式，所述透光表层覆于所述基层之上且与所述基层合为一体。

根据本发明，优选所述透光表层对波长400nm-800nm的可见光透光率大于80％，这可以使激光束在透明层与物理模型基层的内部分界面聚焦，从而抑制无透明层时激光束在物理模型表面聚焦后产生的声波干扰。

根据本发明的一些实施方式，所述透光表层的厚度为1-5cm。

根据本发明的一些实施方式，所述地球物理模拟储层模型为地震物理模型。

本发明第三方面提供了一种如本发明第二方面所述的地球物理模拟储层模型的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将本发明第一方面所限定的透明层材料进行混合，抽真空倒入模具第一固化成型得到透明表层；

(2)将本发明第一方面所限定的基材混合，抽真空得到混合物，倒入步骤(1)所得透明表层之上进行第二固化，然后脱模养护，得到所述地球物理模拟储层模型。

根据本发明，步骤(2)中可以根据模拟储层速度不同设计使制备模型具有两个或两个以上储层。例如可以根据模拟储层速度选取基材材料混合抽真空得到混合物，倒入透明层之上进行固化形成第一储层，再根据不同的储层速度需要选取基材材料混合抽真空得到混合物倒入第一储层之上，进行固化形成第二储层。每层的固化条件根据具体所选的基材材料可以相同或不同。在一些实施例中，所述固化条件相同，均为在室温下固化24h。

根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中，先将第二环氧树脂和硅胶进行混合得到第一混合物，再将所述第一混合物和所述环氧固化剂和硅胶固化剂混合得到第二混合物，抽真空得到所述混合物。根据本发明，所述第二环氧树脂和所述硅胶的用量比没有明确限定，其取决于所模拟的具体的储层速度。本领域技术人员可以知道，可以通过调配环氧树脂和硅橡胶的不同比例来模拟地震物理模型不同储层速度。

根据本发明的一些实施方式，所述第一固化和第二固化条件相同或不同，独立的为：所述固化的温度为20-30℃，所述固化的时间为20-26h。在一些实施例中，所述固化条件为室温下固化24h。

根据本发明的一些实施方式，步骤(3)中，所述脱模养护的条件为静置。

根据本发明的一些实施方式，所述模具内涂有硅橡胶以方便脱模。

根据本发明的一些实施方式，所述抽真空在真空注型机内搅拌进行。

根据本发明，所述混合的方式和时间没有明确限定，以能将原料混合均匀为准，可以采用本领域已知的混合方法进行，例如采用高速搅拌机进行。

本发明的地球物理模拟储层模型可以根据本领域已知的方法进行建造，例如首先根据研究目标，确定模拟目的层位的纵横波速度等参数，然后根据地质构造解释设计模型，确定模型的几何相似比和动力学相似比，接着针对储层目的层，选择合适的材料配方；配方确定后，根据模型制作步骤制作模型，待模型固化后脱模，脱模后测定该层的模型参数，符合要求后进行物理模拟激光超声激发测试。

根据本发明，本发明的地球物理模拟储层模型通过其透光层的设置，使原本激光束在模型表面激发产生等离子体变为在模型内部产生，由于透光表层和物理模型基层都是固体材料，实现了在模型内部进行能量激发，所激发的能量就全部向下以超声波形式传递，从而使接收到的超声能量更强。

本发明第四方面提供了一种如本发明第二方面所述的地球物理模拟储层模型和/或根据本发明第三方面所述的制备方法制得的地球物理模拟储层模型在地震物理模拟实验中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

(1)本发明首次尝试了把透光材料用到地球物理模型中特别地用于地震物理模拟中，开发出了新的模型制作方法，并成功运用于激光超声激发物理模型的制作，其克服了现有制模材料做激光超声激发实验的缺点，制作好模型在激光激发脉冲下不至于表面被烧蚀，为储层物理模型的制作及激光超声测试奠定了基础。

(2)本发明的地球物理模型具有良好的激光穿透性，能够有效实现激光点在模型内部聚焦，抑制等离子体的散发以将能量传播到下一层模型中去，从而使往模型内部传播的超声波信号更强。

(3)采用本发明方法制作的物理模型，不仅具有表面透光性，而且材料的纵横波速度可以通过改变材料配方来控制，达到不同物理模型的参数要求。

(4)本发明的地球物理模型用于实验更接近于野外地震勘探的预埋地下炸药激发实验，模拟效果更准确。

附图说明

图1为现有技术中利用脉冲激光器激发和接收信号模拟野外地震波作用于地震物理模型的激光超声测试系统图。

图2为图1中激光超声测试系统中激光作用于物理模型时的激光激发光束聚焦图。

图3为现有技术中激光激发超声实验中激光束在模型表面激发产生等离子体示意图。

图4为激光激发光束聚焦于本发明中具有透光层的物理模型图。

图5为本发明实施例1和对比例1的激光激发超声实验结果图。

具体实施方式

为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例和附图来详细说明本发明，这些实施例仅用于说明本发明，而不应被视作对本发明的范围的限定。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。实施例中所用材料如无特殊说明，均为可市售获得的产品。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明实施例中所用材料具体信息如下：

实施例1

根据模型设计要求，选择材料配方，按照各组分用量称取环氧树脂、硅胶、环氧固化剂、硅胶固化剂，具体按重量份数如下：

透明层材料：环氧树脂100份，无色固化剂2269固化剂50份；

第一储层目的层模拟材料：环氧树脂100份，环氧固化剂2216 50份；

第二储层目的层模拟材料：环氧树脂100份，环氧固化剂2216 50份，硅胶 50份，硅胶固化剂2.5份；

具体制备方法为：

(1)将透明层材料环氧树脂，无色固化剂2269固化剂混合均匀，抽真空倒入模具室温下固化24h制得透明层。

(2)将第一储层目的层模拟材料环氧树脂和环氧固化剂2216混合，抽真空得到混合物并将混合物倒入模具透明层之上室温固化24h后静置脱模养护，得到第一储层目的层(储层目的层模拟速度设计Vp＝2600m/s)。

(3)将第二储层目的层模拟材料环氧树脂和硅胶混合均匀，再将环氧固化剂2216和硅胶固化剂加入进行混合均匀，倒入模具第一储层目的层之上室温固化24h后静置脱模养护，得到所述地球物理模型(第二储层目的层模拟速度设计Vp＝2000m/s)。

结果：制得透明层厚度为1cm，可见光透光率为80％以上。将制得的地球物理模型进行激光激发实验，结果如图5所示。

对比例1

制备方法同实施例1，区别仅在于不含透明层。将制得的地球物理模型进行激光激发实验，结果如图5所示。

从图5可看出，本发明的地球物理模型具有良好的激光穿透性，在激光激发超声实验中往模型内部传播的超声波信号更强。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。