一种岩屑盛样装置及使用该装置的岩屑铸体制片方法

技术领域

本发明涉及石油勘探技术领域。更具体地，涉及一种岩屑盛样装置及使用该装置的岩屑铸体制片方法。

背景技术

岩石铸体片是研究岩石矿物微观组构、储层孔隙系统的基础手段和常用方法。其流程是：1)从整块的岩石手标本、岩心样品上切割出块状厚约3-6mm、直径为25mm的块状圆柱体或厚约3-6mm、边长为24mm或者18mm的方块状样品，之后置入直径约29mm的玻璃圆筒中；2)将装有样品的玻璃圆筒置入岩石孔隙铸体仪中，在高温、高压条件下，将有色的铸体压入岩石样品的孔隙中；3)敲碎玻璃圆筒，取出样品，切割后磨制成岩石铸体薄片。该方法操作便捷、简单实用、经济成本低，制成的铸体片，可以进行岩石矿物鉴定、微观组构观察、孔隙分类和成岩作用判别等，因此获得广泛应用。

但是，随着深层-超深层油气勘探的持续推进，如世界范围内已在80多个盆地和油区内发现2000多个深层-超深层油气藏；我国也相继在四川盆地龙王庙组、塔里木盆地肖尔布拉克组等多个层系获得重大突破。这些油气产层往往深度大于4000m，部分甚至突破7000m、8000m，如塔深1井井深达8048m。油田企业和钻井公司为提高钻井效率、压缩经济成本、加快勘探步伐，钻探过程中尽量少取芯或者不取芯，取而代之的是钻得大量岩屑样品。这类岩屑多为直径为1-5mm的毫米级细小颗粒，不能放入样品管中制成铸体薄片。这给基础储层地质工作带来了许多困难，如岩石矿物的鉴定、孔隙系统的判别等。

由于岩屑样品细小破碎的特点，传统的岩石铸体制片法并不适用。如石油行业标准-岩石制片方法(SY/T 5913-2004)中岩石铸体制作对象为25mm×25mm×5mm或直径25mm×5mm的岩样；CN101441147A提供了一种岩石孔隙铸体薄片的制作方法，其也只是针对块状样品(≥20mm×20×3mm)铸体制作；其他的的方法如CN1544907A提供的一种岩屑薄片鉴定制样方法仅是将岩屑粘在薄片上制成普通的薄片，并不能制成铸体片；CN106153413A提供的碳酸盐岩岩屑微观孔隙铸模法虽可以制作碳酸盐岩岩屑铸体，但是其原理是将岩屑置入试管中，各样品中间仅依赖云母片进行隔离，导致细小的岩屑颗粒很容易在制样过程中随着试管的晃荡、云母片的倾斜和存在的缺口“穿层”而混乱样品，影响样品纯度，误导制片；CN108106892A提供的一种基于真空包埋的岩屑铸体制片方法虽然也可以指导完成岩屑的铸体制作，但是其原理是真空包埋，即将铸体压入岩屑的压力只有一个大气压，部分致密或者低孔-低渗的岩屑铸体难于注入，影响后期孔隙观察。

因此，本发明提供了一种岩屑盛样装置及使用该装置的岩屑铸体制片方法，至少解决上述之一的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种岩屑盛样装置；该装置可以批量、快速、经济的完成岩屑铸体片的制作，服务于油气勘探开发。

本发明的另一个目的在于提供一种岩屑铸体制片方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种岩屑铸体制片方法，包括如下步骤：

1)预处理岩屑样品；

2)将预处理后的岩屑样品置于岩屑盛样装置中，将岩屑盛样装置置于玻璃试管中；

3)采用标准岩石制片方法调制铸体，向容纳有岩屑盛样装置的玻璃试管中注入铸体，经固化得到铸样；

4)将铸样与玻璃试管分离，对分离后的铸样进行制片，得到岩屑铸体制片。

优选地，步骤1)中所述预处理岩屑样品的过程具体包括：对岩屑样品进行包括清洗、烘干和筛选的预处理。

优选地，对岩屑样品进行清洗包括：使用无水乙醇试剂将取样过程中的泥浆、油气和沥青等污染物冲清干净。

优选地，对岩屑样品进行烘干包括：将清洗后的岩屑样品置于玻璃容器中，将该玻璃容器在温度110℃条件下烘烤12小时。

优选地，对岩屑样品进行筛选包括：将烘干后的岩屑样品根据岩屑特征进行挑选，其中所述岩屑特征包括岩屑取样深度、岩屑均匀度和岩屑颗粒大小，优选挑选粒径大，棱角分明以及断面上有锯齿痕迹的岩屑样品；挑选时若岩屑样品颗粒直径小于1mm，则将岩屑样品置于显微镜下进行挑选，或将岩屑样品置于标准A4白纸上，采用四分法，均匀混合后，取1/4处若干颗岩屑样品。

优选地，步骤2)中所述将预处理后的岩屑样品置于岩屑盛样装置中具体包括：岩屑盛样装置中的每个盛样容器中放置5～20颗预处理后的岩屑样品。

优选地，步骤2)中所述岩屑盛样装置包括多个盛样容器；

所述盛样容器包括：

具有容纳岩屑的内腔的壳体；所述壳体包括：

底壁部；

由所述底壁部周向边缘向上一体延伸出的侧壁部；以及

可拆卸连接于所述侧壁部顶端开口处的顶壁部；其中，

所述底壁部内侧表面、所述侧壁部内侧表面以及所述顶壁部内侧表面共同构成容纳岩屑的内腔；

所述底壁部、所述侧壁部和所述顶壁部中的一个或多个包括有至少一个开孔；

相邻两个盛样容器之间设有云母片。

优选地，所述底壁部、所述侧壁部和所述顶壁部中的一个或多个包括有多个均匀设置的开孔。

优选地，所述壳体为圆柱形壳体或立方体形壳体。

优选地，所述侧壁部包括有：

若干个限位件组，所述限位件组包括由所述侧壁部两侧表面暴露出的内限位件和外限位件；其中，所述限位件组的底表面与所述侧壁部的底表面齐平，所述内限位件的高度小于所述侧壁部的高度，所述外限位件的高度大于所述侧壁部的高度；

所述顶壁部通过所述限位件组卡接于所述侧壁部的顶端。

优选地，所述侧壁部包括有四个等距离设置的限位件组。

优选地，所述侧壁部包括有由所述侧壁部顶部周向边缘的内侧表面向内凹陷形成的与所述顶壁部适配的台阶孔；所述顶壁部通过台阶孔卡接于所述侧壁部的顶端。

优选地，所述立方体形壳体的侧壁部包括有：

由所述立方体形壳体的侧壁部顶部周向的内侧表面向内凹陷形成的凹槽，以及

贯穿所述立方体形壳体的侧壁部一侧内外表面且与所述凹槽相连通的开口部；

所述立方体形壳体的顶壁部由所述开口部插入且通过所述凹槽卡接于所述立方体形壳体的侧壁部的顶端。

优选地，所述开孔的孔径为125～425μm。

优选地，所述圆柱形壳体的尺寸为直径为20-25mm，更优选为25mm；高度为4-10mm，更优选为6mm。

优选地，所述立方体形壳体的尺寸为边长为20-25mm，更优选为20mm；高度为4-10mm，更优选为6mm。

优选地，所述顶壁部与所述底壁部的连接处涂覆有胶水。

优选地，所述壳体的材料为木材或有机玻璃。

优选地，步骤3)中所述向容纳有岩屑盛样装置的玻璃试管中注入铸体，经固化得到铸样，具体包括：

将容纳有岩屑盛样装置的玻璃试管抽真空，向其中注入铸体；在25-30MPa压力条件下采用阶梯式升温方式进行加热固化，冷却至室温得到铸样；

其中，所述阶梯式升温方式为：先升温至100℃后恒温1小时，然后再升温至160℃恒温1小时。

优选地，步骤3)中所述向容纳有岩屑盛样装置的玻璃试管中注入铸体，经固化得到铸样的过程在高温高压岩石孔隙铸体仪中进行。

作为本发明的另一方面，本发明还提供了上述岩屑铸体制片方法使用的岩屑盛样装置，包括多个盛样容器；

所述盛样容器包括：

具有容纳岩屑的内腔的壳体；所述壳体包括：

底壁部；

由所述底壁部周向边缘向上一体延伸出的侧壁部；以及

可拆卸连接于所述侧壁部顶端开口处的顶壁部；其中，

所述底壁部内侧表面、所述侧壁部内侧表面以及所述顶壁部内侧表面共同构成容纳岩屑的内腔；

所述底壁部、所述侧壁部和所述顶壁部中的一个或多个包括有至少一个开孔；

相邻两个盛样容器之间设有云母片。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明提供的岩屑盛样装置具有独立性，该岩屑盛样装置中每个盛样容器装入一份岩屑样品，确保制样过程中岩屑不相互混合；

(2)本发明提供的岩屑盛样装置具有通透性，该岩屑盛样装置与周围空气环境保持沟通，确保流体状铸体可以注入；

(3)本发明提供的岩屑盛样装置具有适用性，该装置可适用于市场上各类或多数高温高压岩石孔隙铸体仪；

(4)本发明提供的岩屑盛样装置具有经济性，该装置采用木材以及有机玻璃(如亚克力板等)制备，不仅保证液态状铸体的注入，还能保证后期的固化；

(5)本发明提供的岩屑盛样装置具有易切割性，该装置容易被切样机切割，且切割过程中安全易操作。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明提供的圆柱形盛样容器的示意图之一；

图2示出图1中限位件组的示意图；

图3示出本发明提供的圆柱形盛样容器的示意图之二；

图4示出本发明提供的立方体形盛样容器的示意图之一；

图5示出本发明提供的立方体形盛样容器的示意图之二；

图6示出本发明提供的立方体形盛样容器的示意图之三；

图7示出本发明提供的立方体形盛样容器的示意图之四；

图8示出本发明提供的底壁部设有开孔的圆柱形盛样容器之一；

图9示出本发明提供的顶壁部设有开孔的圆柱形盛样容器之一；

图10示出本发明提供的顶壁部和底壁部均设有开孔的圆柱形盛样容器之一；

图11示出本发明提供的侧壁部设有开孔的圆柱形盛样容器之一；

图12示出本发明提供的侧壁部和底壁部均设有开孔的圆柱形盛样容器之一；

图13示出本发明提供的侧壁部和顶壁部均设有开孔的圆柱形盛样容器之一；

图14示出本发明提供的底壁部、侧壁部和顶壁部均设有开孔的圆柱形盛样容器之一；

图15示出本发明提供的底壁部设有开孔的圆柱形盛样容器之二；

图16示出本发明提供的顶壁部设有开孔的圆柱形盛样容器之二；

图17示出本发明提供的顶壁部和底壁部均设有开孔的圆柱形盛样容器之二；

图18示出本发明提供的侧壁部设有开孔的圆柱形盛样容器之二；

图19示出本发明提供的侧壁部和底壁部均设有开孔的圆柱形盛样容器之二；

图20示出本发明提供的侧壁部和顶壁部均设有开孔的圆柱形盛样容器之二；

图21示出本发明提供的底壁部、侧壁部和顶壁部均设有开孔的圆柱形盛样容器之二；

图22示出本发明提供的包括有岩屑盛样装置的玻璃试管之一；

图23示出本发明提供的包括有岩屑盛样装置的玻璃试管之二；

图24示出现有技术中包括有块状岩样的玻璃试管；

图25示出本发明实施例1中岩屑铸体制片的岩石组构特征图之一；

图26示出本发明实施例1中岩屑铸体制片的岩石组构特征图之二；

图27示出本发明实施例1中岩屑铸体制片的岩石组构特征图之三；

图28示出本发明实施例1中岩屑铸体制片的岩石组构特征图之四；

其中，1-壳体，11-底壁部，12-侧壁部，13-顶壁部，14-内腔，2-云母片，3-开孔，4-限位件组，41-内限位件，42-外限位件，5-台阶孔，6-凹槽，7-开口部，8-玻璃试管，9-岩屑，10-块状岩样。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

传统的高温高压岩石孔隙铸体仪主要对象是块状岩样10，如图24，操作步骤可见岩石制片方法(SY/T 5913-2004)以及各类岩石孔隙铸体仪的使用说明如(如ZT-3型、JS-4型等)；而岩屑由于细小破碎，多为毫米级颗粒，在利用高温高压岩石孔隙铸体仪注入铸体的过程中，容易随着玻璃管晃动、倾斜、云母片的尺寸、破损等发生混合，导致来自于不同地区、层位、岩性的样品发生混淆，影响样品纯度，误导后期铸体片的判断和应用。基于此，本发明提供了一种岩屑盛样装置及使用该装置的岩屑铸体制片方法，可在岩屑放入玻璃管之前，先装入盛样容器内，使不同的岩屑相关隔离，确保岩屑铸体制作的顺利完成。

具体地，结合图1～图21，一种岩屑盛样装置，包括多个盛样容器；

所述盛样容器包括：

具有容纳岩屑的内腔14的壳体1；所述壳体1包括：

底壁部11；

由所述底壁部11周向边缘向上一体延伸出的侧壁部12；以及

可拆卸连接于所述侧壁部12顶端开口处的顶壁部13；其中，

所述底壁部11内侧表面、所述侧壁部12内侧表面以及所述顶壁部13内侧表面共同构成容纳岩屑的内腔14；

所述底壁部11、所述侧壁部12和所述顶壁部13中的一个或多个包括有至少一个开孔3；

相邻两个盛样容器之间设有云母片2。

本发明的岩屑盛样装置设有多个盛样容器，且相邻两个盛样容器通过云母片分隔，从而保证制样过程中岩屑不会相互混合，此外每个盛样容器上还设有开孔，从而令容器与周围空气环境保持沟通，确保流体状铸体可以注入。

依据盛样容器的独立性、通透性、适用性和经济性等特点以及铸体仪圆柱形玻璃管的形状和尺寸，作为本发明一个优选的实施方式，所述壳体1为圆柱形壳体或立方体形壳体。

为使顶壁部放下时，可闭合容器，防止岩屑散落，作为本发明一个优选的实施方式，如图1、图2和图4所示，所述侧壁部12包括有：

若干个限位件组4，所述限位件组4包括由所述侧壁部12两侧表面暴露出的内限位件41和外限位件42；其中，

所述限位件组4的底表面与所述侧壁部12的底表面齐平，所述内限位件41的高度小于所述侧壁部12的高度，所述外限位件42的高度大于所述侧壁部12的高度；

所述顶壁部13通过所述限位件组4卡接于所述侧壁部12的顶端。

进一步地，所述侧壁部12包括有四个等距离设置的限位件组4。在图1和图4所示结构中，本发明所具体示出的限位件组的个数为四个，可以理解的是，所述限位件的个数可以为均匀设置的多个，综合考虑经济性和稳定性，优选为等距离设置的四个。如图4，所述盛样容器的形状为立方体形时，该等距离设置的四个限位件组可设于四个夹角处。

此外，顶壁部和侧壁部的卡合方式还可以为其他方式，例如，作为本发明一个优选的实施方式，如图3和图5所示，所述侧壁部12包括有由所述侧壁部12顶部周向边缘的内侧表面向内凹陷形成的与所述顶壁部13适配的台阶孔5；所述顶壁部13通过台阶孔5卡接于所述侧壁部12的顶端。

所述盛样容器的形状为立方体形时，顶壁部和侧壁部的卡合方式还可以为将顶壁部插入侧壁部中，具体地，作为本发明一个优选的实施方式，结合图6和图7，所述立方体形壳体的侧壁部12包括有：

由所述立方体形壳体的侧壁部12顶部周向的内侧表面向内凹陷形成的凹槽6，以及

贯穿所述立方体形壳体的侧壁部12一侧内外表面且与所述凹槽6相连通的开口部7；

所述立方体形壳体的顶壁部13由所述开口部7插入且通过所述凹槽6卡接于所述立方体形壳体的侧壁部12的顶端。

为确保液体铸体可以自由进入盛样容器内，并被注入岩屑孔隙空间中，作为本发明一个优选的实施方式，所述底壁部11、所述侧壁部12和所述顶壁部13中的一个或多个包括有多个均匀设置的开孔3。

如在图8～图14所示结构中具体示出了底壁部设有开孔、顶壁部设有开孔、顶壁部和底壁部均设有开孔、侧壁部设有开孔、侧壁部和底壁部均设有开孔、侧壁部和顶壁部均设有开孔、以及底壁部、侧壁部和顶壁部均设有开孔的圆柱形盛样容器，且该圆柱形盛样容器中顶壁部和底壁部通过限位件进行卡接；

在图15～图21所示结构中具体示出了底壁部设有开孔、顶壁部设有开孔、顶壁部和底壁部均设有开孔、侧壁部设有开孔、侧壁部和底壁部均设有开孔、侧壁部和顶壁部均设有开孔、以及底壁部、侧壁部和顶壁部均设有开孔的圆柱形盛样容器，且该圆柱形盛样容器中顶壁部和底壁部通过台阶孔进行卡接；本领域技术人员应当理解的是，上述多种带孔的盛样容器的形状还可以为立方体形，该立方体形盛样容器中顶壁部和底壁部的连接方式还可以为通过凹槽卡接，本发明在此不再一一赘述。

由于岩屑样品多为毫米级细小颗粒，粒径一般为1-5mm，因此在液体状铸体自由进入容器前提下，作为本发明一个优选的实施方式，开孔3的孔径为125～425μm即40～120目，更优选为40目(即425μm)或60目(即250μm)。

由于市面上的高温高压岩石孔隙铸体仪的圆柱形玻璃管尺寸多为内径27～29mm，长度260-290mm；，为使得岩屑盛样装置适用于市场上各类或多数高温高压岩石孔隙铸体仪，作为本发明一个优选的实施方式，所述圆柱形壳体的直径为20-25mm，更优选为25mm；所述圆柱形壳体的高度为4-10mm，更优选为6mm；所述立方体形壳体的边长为20-25mm，更优选为20mm；所述立方体形壳体的高度为4-10mm，更优选为6mm。

此外，为增加容器的封闭性，作为本发明一个优选的实施方式，所述顶壁部与所述底壁部的连接处涂覆有胶水。

由于铸体片是一种油气勘探的基础手段，生产、科研中被大量应用，作为中间环节的岩屑盛样容器作为一种易耗品，在铸体固化后的分样过程中会被切割，需要较高的性价比以满足需求，此外，一般高温高压岩石孔隙铸体仪的铸体是在70℃时配置，并在100-180℃时逐渐固化，因此制作岩屑盛样容器的材料需要综合考虑耐温和经济成本，作为本发明一个优选的实施方式，所述壳体的材料为木材或有机玻璃(如亚克力板等)，以保证液态状铸体的注入及后期的固化。

作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种使用上述装置的岩屑铸体制片方法，包括如下步骤：

S101、根据岩屑特征挑选岩屑样品，将岩屑样品置于岩屑盛样装置中，将岩屑盛样装置置于玻璃试管中，如图22和图23，分别示出容纳有多个圆柱形盛样容器的玻璃试管和容纳有多个立方体形盛样容器的玻璃试管；

S102、采用标准岩石制片方法调制铸体，向包括有岩屑盛样装置的玻璃试管中注入铸体，经固化得到铸样，将铸样与玻璃试管分离，对分离后的铸样进行制片，得到岩屑铸体制片。其中，所述标准岩石制片方法为SY/T 5913-2004，应当理解的是，该方法为常规技术方法，本申请在此不做赘述。

作为本发明一个优选的实施方式，步骤S101中所述岩屑特征挑选岩屑样品具体为，根据岩屑取样深度、岩屑均匀度和颗粒大小挑选；进一步地，根据岩屑取样深度，由浅至深，挑选岩屑品；挑选时将岩屑样品倒在白纸上，摊开，首先从形状和颜色等外观评估岩屑样品的主体岩屑成分和杂质情况，然后挑选粒径大，棱角分明以及断面上有锯齿痕迹的岩屑样品，每个盛样容器中放入5～20颗岩屑样品，具体数量以岩屑大小为准。

作为本发明一个优选的实施方式，步骤S101中岩屑样品置于岩屑盛样装置前还包括对岩屑样品预处理的步骤；所述预处理具体为用无水乙醇或氯仿试剂将取样过程中的泥浆、油气和沥青等污染物冲清干净。应当理解的是，该预处理方法为常规技术方法，在此不做赘述。

作为本发明一个优选的实施方式，步骤S102中所述向包括有岩屑盛样装置的玻璃试管中注入铸体，经固化得到铸样的过程在高温高压岩石孔隙铸体仪中进行。应当理解的是，该高温高压岩石孔隙铸体仪为传统市售仪器，在此不做赘述。

下面，通过实施例对本发明的内容做进一步的说明。

实施例1

本实施例提供了一种岩屑铸体制片方法，包括如下步骤：

1)预处理岩屑样品：本实施例中使用的岩屑样品为中国石油华北油田分公司冀中坳陷安探1X奥陶系马家沟组岩屑样品；

具体包括：

i)清洗：使用无水乙醇试剂将取样过程中的泥浆、油气和沥青等污染物冲清干净；

ii)烘干：将清洗后的岩屑样品置于玻璃容器中，将该玻璃容器在温度110℃条件下烘烤12小时；

iii)筛选：将烘干后的岩屑样品根据岩屑特征(包括岩屑取样深度、岩屑均匀度和岩屑颗粒大小)进行筛选，因本实施例中选用的岩屑样品较小，多为亚毫米-微米级，因此挑选时将岩屑样品倒在标准A4白纸上，摊开，首先从形状和颜色等外观评估岩屑样品的主体岩屑成分和杂质情况，然后挑选粒径大、棱角分明以及断面上有锯齿痕迹的岩屑样品；再将剩余岩屑样品均匀混合后采用四分法，取1/4处适量岩屑样品；

2)选择20个如图14所示的圆柱形盛样容器，将预处理后的岩屑样品放入各个盛样容器中，铺满盛样容器底部；相邻两个盛样容器之间以云母片相隔，得到岩屑盛样装置；将岩屑盛样装置置于玻璃试管中；

3)采用标准岩石制片方法(SY/T 6103-94)调制铸体，具体包括：

根据质量比为100：15：8：1.2的比例依次称取6828型环氧树脂、501型稀释剂、594型固化剂以及油溶性蓝色染色剂，并置于温度为70℃的恒温水浴锅内搅拌均匀，得到铸体；

将容纳有岩屑盛样装置的玻璃试管置于JS-4型高温高压岩石孔隙铸体仪的真空系统内，抽真空2小时，然后向其中注入铸体；先使温度达到100℃后恒温1小时，然后再升温至160℃，恒温1小时；此过程中，保持压力25-30MPa；待温度冷却后得到固化后的岩屑铸样；

4)将铸样与玻璃试管分离，对分离后的铸样进行制片，经磨片、抛光得到岩屑铸体制片，并放置于光学显微镜下观察其岩石组构特征，如图25～图28；

图25和图26示出冀中坳陷安探1X奥陶系马家沟组岩屑，图中可见岩屑的裂缝中注入铸体以及裂缝成岩过程中的方解石充填；

图27和图28示出冀中坳陷安探1X奥陶系马家沟组岩屑，可见粉晶白云岩晶间孔发育，且被注入的铸体充填(图27)以及岩屑中的齿轮抓痕，抓痕造成的人造裂缝多为一组相互平行、短小且平直裂缝与天然裂缝的曲折、延伸较远区别明细(图28)。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。