[发明专利]一种人造岩心及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种人造岩心及其制备方法和应用。其中该制备方法包括如下步骤：将石英砂、长石、碳酸盐岩和粘土矿物按照两种不同的预设配比分别混合成两份不同的混合料；将上述两份不同的混合料各自与环氧树脂混合，相应得到两份不同的浇筑料；将上述两份不同的浇筑料交替浇筑在模具中，每浇筑一层浇筑料后进行压实；对模具中的所有浇筑料整体进行压实；并加热固化，得到人造岩心。采用该制备方法制得的人造岩心，能够准确模拟天然岩心内部发育的层理及层理面，从而使该人造岩心能够很好的用于岩石的力学性能研究。

技术领域

本发明涉及一种人造岩心及其制备方法和应用，尤其涉及一种具有层理的人造岩心的制备方法及制得的人造岩心。

背景技术

在地质研究中，常见具有层状构造的岩石，层理构造是沉积岩中最重要的一种构造。层理(stratification)是在岩石形成过程中产生的，由物质成分、颗粒大小、颜色、结构构造等的差异而表现出的岩石成分构造。层理一般厚几厘米至几米，其横向延伸可以是几厘米至数千米。层理是沉积岩层最重要的沉积特征。

岩石层之间的分割面被称为层理面，层理面是影响岩石力学性能的重要因素之一。研究层理面对岩石力学性能的影响，需要大量的岩心。目前，多采取现场取样的方式获取岩心。但是，天然岩心中多存在大量不规则的微裂隙，对于研究层理的影响建立地球物理模型产生干扰。并且，现场取样的成本较高，运输过程中也会对天然岩心造成损害。鉴于此，人造岩心的加工制备就成为了目前研究的热点。

比如侯冰等人公开了一种节理性页岩人造岩心的制备方法，具体是将水泥、石英砂、粘土、石膏粉混合搅拌；向混合物中加入少量麦片、碎纸片，再加水搅拌；混合物分层浇铸成水泥试样，层与层之间涂一层润滑油，待水泥试样干燥成型后，即可得到节理性页岩人造岩心。利用该方法可以得到具有一定裂缝发育、层理发育、脆性的水泥试样，能够相对准确的模拟出节理性页岩岩石的层理面、天然裂缝、水力裂缝等力学性质，以便高效开发页岩油气。该方法所用的材料简单、成本低廉、操作简便，但在制作岩心的过程中，除岩屑、矿物碎屑、基质和胶结物外，还混入了麦片、碎纸片、润滑油等其他成分，污染了岩心，不利于研究成分对岩石各向异性和力学性质等的影响，而且润滑油易渗入孔隙内部，流体对岩心波速、强度等会产生影响，因而容易造成测试结果的不准确性。

张广清等人公开了一种具有不同层理角的人造岩心的制作方法，通过控制相邻两次浇筑物料形成的界面作为岩体的层理面，控制相邻两次浇注物料的时间间隔的长短来控制层理面的强度，最后通过调节岩心钻取机底座的倾角以钻取含有不同层理角的岩心。该方法虽然能够获得具有不同层理角的岩心，但是所得层理面与实际天然岩心之间仍旧有所差异。

由此可见，虽然目前国内外已有几种制作人造岩心的方法，但是对于含层理岩心的制作方法尚存有不足，因此不能准确的模拟天然岩心，因而不能很好的满足岩石力学性能研究的需求。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种人造岩心及其制备方法和应用，采用该制备方法制备得到的人造岩心，能够准确模拟天然岩心内部发育的层理及层理面，从而使制备得到的人造岩心能够很好的用于岩石的力学性能研究。

为实现上述目的，本发明首先提供一种人造岩心的制备方法，包括如下步骤：

将石英砂、长石、碳酸盐岩和粘土矿物按照两种不同的预设配比分别混合成两份不同的混合料；

将上述两份不同的混合料各自与环氧树脂混合均匀，相应得到两份不同的浇筑料；

将上述两份不同的浇筑料交替浇筑在模具中，每浇筑一层浇筑料后进行压实；

浇筑完成后，对模具中的所有浇筑料整体进行压实成型，并对压实成型后的样品进行加热至环氧树脂固化完全，得到人造岩心。