Композиционный состав для изготовления искусственного керна горных пород и способ изготовления искусственного керна Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горной про- мышленности, а именно к созданию искусственных образцов горных пород (искусственных кернов), имитирующих по своему химическому составу естественные горные породы различных нефтяных месторождений.

Известны различные составы и способы приготовления искусственных образцов горных пород из порошков минералов различной зернистости путем .. спекания в процессе обжига или склеивания с-,помощью связующего.

Известнь например, искусственные керны, в со ав которых входит кварцевый песок, пылевидный кварц и жидкое натриевое стекло в качестве связующего. Способ изготовления состоит в тщательном перемешивании компонентов с жидким стеклом, разбавляемым

на 1/3 водой, наполнении и утрамбовке в форме каждой порции. Образец керна подсушивается на воздухе в течение сут, выдерживается в сушильном шкафу при 50 и 150°С по 2А ч на каждом режиме, затем подвергается термической обработке при 600-650 С по специальной технологии.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является композиция, содержащая наполнитель (кварцевый песок и пылевидный кварц) и в качестве связующего - гидролизованнь й тетраэтилор- тосияикат, приготовляемый непосредственно перед составлением смеси и изготовлением кернов. Отверждение отпрессованного образца происходит в течение 1 сут при комнатной .темпера- туре, затем в сушильном шкафу при 85-90°С в течение 2 ч, при 200-250° С в течение 1 ч и прокаливании в муфельной печи при 550 С в течение 4 ч с постепенным охлаждением. Изготовлен ный таким образом керн обладает структурой, близкой по минералогическому составу и геометрии порогового пространства к естественным кварцевым песчаникам.

Недостатки образцов указанного состава состоят в недостаточно высокой механической прочности из-за невозможности введения повышенного (обеспечивающего необходимую проч- ность) количества связующего без разрушения структуры смолы, в наличии при его изготовлении сложной химической реакции гидролиза этилсиликата, длительности и высокой энергоемкости процесса изготовления вследствие проведения операции прокаливания кернов при 550-600°С.

Целью изобретения является повышение точности моделирования физико- механических свойств кернов большого диаметра при одновременном снижении энергоемкости изготовления кернов.

Поставленная цель достигается тем, что в композиционный состав для мо- делирования керна горных пород, включающий кварцевый наполнитель и крем- нийорганическое связующее, в качестве последнего используют высококонденсированную модифицированную поли- этоксисилоксановую смолу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кварцевый наполитель 86-95

Связующее5 14,

перед смешиванием наполнителя и связующего производят модификацию связующего, смешивание осуществляют не ранее чем через 15 ч после модификации , а отверждение керна проводят путем его выдержки в 25%-ном водном растворе аммиака до полного насыщени и последующей сушки с постепенным повышением температуры от Ш) до 120 С

Сопоставительный с прототипом анализ позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав отличается от известного введением новых компонентов, а именно в качестве связующего используется полиэтоксисилоксановая смола, модифицированная спиртовым раствором щелочи.

При использовании продукта 111- -228 (ТУ 6-02-1339-86) в качестве связующего в процессе изготовления искусственных кернов с увеличением их размеров до ф 90 мм и 1 200- 230 мм наблюдается неполное отверждение по центру образцов. Введение в продукт 111-228 модификатора (спиртового раствора щелочи) в количестве от 0,15 до 0,5% способствует полному протеканию реакции гидролитическо поликонденсации связующего по всему объему керна, что позволяет получить полностью отвержденные керны.

Результаты испытаний на степень отверждения приведены в табл.1.

Степень отверждения, и зависимости от количества вводимого модификатора, определялась по торцевым среза на кернах 6 90 мм по следующей формуле:

Q - 100,

где Q - степень отверждения, %;

V,- объем отверждения части керна , м3 ;

объем керна, м3. При введении в связующее модификатора в количестве менее 0,15% не происходит полного отверждения (середина керна сырая, рыхлая), а при введении более 0,5% происходит неполное отверждение и повер ностное осыпание пылевидного кварца. Применение модификатора от 0,15 до 0,45%-ного содержания связующего позволяет получить полностью отвержденные керны.

При изготовлении модифицированного связующего существенное влияние на степень отверждения оказывает не только количественное соотношение модификатора, но и время приготовления модифицированного связующего. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Установлено, что полное отверждение изготовленных кернов происходит при использовании модифицированного связующего не ранее чем через 15 ч с.момента его изготовления.

Для экспериментальной проверки предлагаемого способа было подготов- ленно 8 композиций с различным процентным соотношением ингредиентов. В качестве связующего использовали специально приготовленный раствор смолы 111-228 (ТУ 6-02-1339-86) с различным содержанием модификатора (0,15-0,45%). Модификатором является спиртовой раствор щелочи. В качестве наполнителя применяли смесь люберецкого кварцевого песка и пылевидного кварца марки- КП-3.

Последовательность и режимы лригб- товления предлагаемых композиций и способ изготовления искусственных кернов состоят в следующем.

Сначала перемешивают фракции наполнителя в необходимых соотношениях в смесеприготовительных бегунах типа 018М в течение 20 мин; затем, в процессе перемешивания наполнителя. (кварцевый песок и пылевидный «кварц) в смеситель вводят предварительно приготовленное и выдержанное не менее 15 ч модифицированное связующее. Продолжительность плакировг:ния связующего 20-30 мин, после чего смесь готова для формования образцов кернов.

Для формования образцов кернов использовалась металлическая оснастка. Для их изготовления могут быть использованы любые методы динамичес- кого уплотнения смесей, а именно прессовый, ручной и т.д. В данном случае уплотнение композиций производилось путем двустороннего прессо- вания в пресс-форме с выдержкой под давле-.нием 4 МПа в течение 1 ,5 мин с каждой стороны, Полученнные сырые керны отверждались путем погружения их в 25%-ный водный раствор аммиака на 20 ч. Отвержденные керны последовательно сушились при 50, 70, 100 и 120 С в течение 8 ч при каждой температуре.

Готовые керны, изготовленные по предлагаемой методике, были испытаны

17782986

Их прочностные характеристики указаны в табл.3.

В результате испытаний видно, что

0

5

0

целесообразно применять песчаник с содержанием связующего до Й%, что обеспечивает необходимые прочностные параметры.

Реализация изобретения позволит использовать его вместо естественных образцов горных пород в специальных комбинированных мишенях для исследования и испытания пробивной способности перфораторов в условиях высоких давлений и температур, при исследовании закономерностей разрушения пород при взрывном нагружении, при моделировании продуктивных нефтеносных месторождений, а также, при исслегз довании вскрытия нефтяного пласта, при изучении процессов фильтрации и вытеснения нефти водой из пористой среды.

Характерными технико-экономическими показателями нового способа изготовления искусственного керна является возможность получения однородных и неоднородных образцов с заранее заданными коллекторскими свойствами, по своему химическому составу имитирующих естественные горные породы различных нефтяных месторождений, позволив использовать искусственные керны неоднократно для проверки воспроизводимости полученных результатов,. Применение искусственных кернов позволит уменьшить энергозатраты при изгото- влении,исключить использование (или значительно уменьшить) дорогостоящих и труднодобываемых естественных кернов, удешевить процесс испытаний простре- лочно-вгрывной аппаратуры (ПВА).

Формула, изобретения

1.Композиционный состав для изготовления искусственного керна горных пород, включающий кварцевый наполнитель и кремнийорганическое связующее, отли чающийся тем, что, с целью повышения точности моделирова1- ния физико-механических свойств кернов большого диаметра, в качестве кремнийорганического связующего используют высококонденсированную модифицированную полиэтоксисилоксановую смолу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

0

5

Кварцевый наполнитель 86-95;

Модифицированная полиэтоксисилоксановая

смола5-14.

2.Состав по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что в качестве модификатора вводят спиртовой раствор щелочи в количестве 0,15-0,45% от содержания модифицированной смолы.

3.Способ изготовления искусственного керна, включающий смешивание кварцевого наполнителя и кремнийор- ганического связующего, формование

керна в оснастке, уплотнение состава и отверждение керна, отли чающийся тем, что, с целью снижения

энергоемкости процесса изготовления керна, перед смешиванием наполнителя и связующего производят модификацию связующего, смешивание компонентов осуществляют не менее чем через 15 ч

после модификации, а отверждение керна проводят путем его выдержки в 25%-ном водном растворе аммиака до полного насыщения и последующей сушки с -постепенным повышением температуры от 40 до 120°С.

Таблица 1

Использование: моделирование горных пород, преимущественно для испытаний прострелочно-взрывной аппаратуры: Сущность изобретения: композиционный состав содержит кварцевый наполнитель и кремнийорганическое связующее. В качестве связующего использована высококонденсированная модифицированная полиэтоксисилоксановая смола. f Соотношение компонентов, мас.%: кварцевый наполнитель 86-95,. связующее 5-14. В качестве модификатора смолы вводят спиртовой раствор щелочи. Содержание щелочи 0,15-0,45% от содержания смолы. Для изготовления керна из композиционного состава его сна- ; чала формируют в оснастке. Затем от верждают керн в 25% водном растворе аммиака. Отвержденные керыы высушивают при постепенном повышении температуры от 40 до 120°С. 2с. и 1 э.п. ф--лы, 3 табл. сл с ч 00 кэ

Состав связующего

Содержание модификатора в связующем, мас.%

смола ТТТ-228

Смола 111-228 мо- 0,198

дифицированная 0,15100

0,2100

0,3100

О,А100

0,45100

0,597

Таблица 2

Время приготовления Степень отвер- модифицированного ждения керна, связующего, ч об.%

130

550

1070

14 96 ...

15ЮО 24100

Таблица 3

Соотношение кварцевого Содеражание модифицированного свяпеска к пылевидномузующего, %

кварцу в наполнителе, % ---..--.

4 5 | ТО й | 15 Прочность при изгибе, МПа

80/201,703,102,502,301,90

60/401,302,705,805,203,10

50/501,102,407,207,607,30

40/600,902,07,808,908,40

20/800,601,808,309,509,10

Степень отверждениякерна, об.

О

30