Композиционный состав для изготовления искусственного керна горных пород и способ изготовления искусственного керна

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социдлистич ских ) ц 1 778>98 А1 (я) Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2l) 4876666/03 (22) 22.10.90 (46) 30.11.92 Бкл. V 44 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по взрывным методам геофизической разведки и Московский авиационно-технолог ческий институт им. К.Э.Циолковского (72) Б, Б.Шприц, В.Ф. Болдина, В.М.Тебякин, В.В.Иваненко, А.С.Муркина, В.Ф.Гаранин, А.В.Лоханкин, В.М.Копылсв, В,Н.Кончаков и В.С.Замахаев (56) Авторское свидетельство СССР

М t368435, кл. E 21 С 39/00, 1986..

Кошелева И.М. и Кусаков И.И.Мето дика исследования модельных кернов из кварцевого песка. -.Труды МНИ им.Губкина, 1955, вып. 14, Изобретение относится к горной промышленности, а именно к созданию ис" кусственных образцов горных пород (искусственных кернов), имитирующих по своему химическому составу естественные горные породы различных нефтяных месторождений.

Известны различные составы и способы приготовления искусственных об. разцов горных пород из порошков мине(54) КОМПОЗИЦИОННЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ИЗГО», ТОВЛЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО КЕРНА ГОРНЫХ

ПОРОД И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО КЕРНА (57) Использование: моделирование горных пород, преимущественно для испытаний прострелочно-взрывной аапаратуры. Сущность изобретения: композиционный состав содержит кварцевый наполнитель и кремнийорганические связующее. В качестве связующего использована выюококонденсированная модифицированная полиэтоксисилоксановая смола.

Соотношение компонентов, мас.4, квар-: цевый наполнитель 86-95, связующее

5-14. В качестве модификатора смолы а вводят спиртовой раствор щелочи. Со" держание щелочи 0,15-0,454 от содержания смолы. Для изготовления керна из ксмпозиционного состава его сначала формируют в оснастке. Затем от р верждают керн в 253 водном растворе аммиака. Отвержденные керыы высушиЬ вают при постепенном повышении темпе" ратуры от 40 до 120 С. 2 с. и 1 э.п. ф-лы, 3 табл.

06 4 ра лов ра зли чной зернистости путем,: спекания в процессе обжига или склеивания с;помощью связующего.

Известн например, искусственные керны, в со -ав которых входит кварцевый песок, пылевидный кварц и жид-, кое натриевое стекло в качестве связующего. Способ изготовления состоит в тщательном геремешивании компонентов с жидким стеклом, разбавляемым 1778298 на 1/3 водой, наполнении и утрамбовке в Форме каждой порции. Образец керна подсушивается на воздухе в течение

5-7 сут, выдерживается в сушильном шкафу при 50 и 150 С по 24 ч на каждом режиме, затем подвергается термической обработке при 600-650 С по специальной технологии.

Наиболее близкой к изобретению по 1О технической сущности и достигаемому эффекту является композиция, содержащая наполнитель (кварцевый песок и пылевидный кварц) и в качестве связующего - гидролизованный тетраэтилор" тосиликат, приготовляемый непосредственно перед составлением смеси и изготовлением кернов, Отверждение отпрессованного образца происходит в течение 1 сут при комнатной темпера- gp 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. Изготовлен15 ный таким образом керн обладает структурой, близкой по минералогическому составу и геометрии порогового пространства к естественным кварцевым песчаникам. ЗО

Недсстатки образцов указанного состава состоят в недостаточно высокой механической прочности из"за не" возможности введения повышенного (обеспечивающего необходимую проч- 35

° ность) количества связующего без разрушения структуры смолы, в наличии при его изготовлении сложной химической реакции гидролиза этилсиликата, длительности и высокой энергоемкости 4О процесса изготовления вследствие проведения операции прокаливания кернов при 550-600 С.

Целью изобретения является повышение точности моделирования Физико- 45 механических свойств кернов большого диаметра при одновременном снижении энергоемкости изготовления кернов.

Поставленная цель достигается тем, что в композиционны" состав для мо" 5р делирования керна горных город, включающий кварцевый наполнитель и кремнийорганическое связующее, в качестве последнего используют высококонденсированную модифицированную полиэтоксисилоксановую смолу при следую55 щем соотношении компонентов, мас.3:

Кварцевый наполитель 86-95

Связующее 5-14, геред смешиванием наполнителя и связующего производят модификацию связующего, смешивание осуществляют не ранее чем через 15 ч после модифика" ции, а отверждение керна проводят путем его выдержки в 254-ном водном растворе аммиака до полного насыщения и последующей сушки с постепенным повышением температуры от 40 до 120 С.

Сопоставительный с прототипсм ана" лиз позволяет сделать вывод, что гредлагаемый состав отличается от известногс введением новых компонентов, а именно в качестве связующего используется полиэтоксисилоксановая смола, модифицированная спиртовым раствором щелочи.

При использовании продукта t11-228 (ТУ 6-02-1339-86) в качестве связующего в процессе изготовления искусственных кернов с увеличением их размеров до ф 90 мм и 1 = 200230 мм наблюдается неполное отверждение по центру образцов. Введение в гродукт 111-228 модификатора (спиртового раствора щелочи) в количестве от 0,15 до 0,453 способствует полному протеканию реакции гидролитической поликонденсации связующего по всему объему керна, что позволяет получить полностью отвержденные керны.

Результаты испытаний на степень отверждения приведены в табл.1.

Степень отверждения, в зависимости от количества вводимого модификатора, определялась по торцевым срезам на кернах д 90 мм по следующей формуле:

Q = 100»

Vz где Q — степень отверждения, Ф;

V 1 в объем отверждения части керна мз

Vz- объем керна, мз.

При введении в связующее модифика" тора в количестве менее 0,15% не происходит полного отверждения (середина керна сырая, Рыхлая), а при введении более 0,451 происходит неполное отверждение и поверхностное осыпание пь левидного кварца. Применение модификатора от 0,15 до 0,454-ного содержания связующего позволяет получить полностью отвержденные керны, При изготовлении модифицированного связующего существеннс е влияние на степень отверждения оказывает не только количественное соотношение модификатора. но и время приготовле"

1778298 6 ния модифицированного связующего.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

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

Для экспериментальной проверки предлагаемого способа было подготовленно 8 композиций с Различным rlpnцентным 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"ь). Модификатором является спиртовой раствор щелочи, В качестве наполнителя применяли смесь люберецкого кварцевого песка и пылевидного кварца марки -КП-З.

Последовательность и режимы приго-: товления предлагаемых композиций и способ изготовления искусственных кернов состоят в следусщем.

Сначала перемешивают фракции наполнителя в необходимых соотношениях в смесеприготовительных бегунах тип»

018И в течение 20 мин„ затем . в процессе перемешивания наголнителя. (кварцевый песок и пылевидный кварц) в смеситель вводят предварительно приготовленное и выдержанное не менее 15 ч модифицированное связующее.

Продолжительность плакирования 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 данком случае уплотнение композиций производилось путем двустороннего прессования в пресс-форме с выдержкой под давлением 44 МПа в течение 1,5 мин с каждой стороны, Полученнные сырые керны отверждались путем погружения их в 251-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, Хара ктерными технико-э кономи ческими показателями нового способа изго" товления искусственного керна является возможность получения однородных и неоднородных образцов с заранее заданными колФекторскими свойствами, по своему химическому составу имити" рующих естественные горные породы различных нефтяных месторождений, позволи1 использовать искусственные

Q5 кеРны неоднокРатно для пРовеРки воспроизводимости полученных результатов. I.

Применение искусственных кернов позволит уменьшить энергозатраты при изгото-, влении,исключить использование (или .

40. эначи1ельно уменьшить) дорогостоящих и

Их прочностные характеристики указаны в табл. 3.

В результате испытаний видно, что целесообразно flpvMBHRTb песчаник с содержанием связующего до 141, что обеспечивает необходимые прочностные параметры.

Реализация изобретения позволит испольэовать 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 нефтенос" ных месторождений, а также при иссле довании вскрытия: нефтяного пласта, при изучении прс цессов фильтрации и вытеснения нефти водой из пористой среды, труднодобь ваемых естественных кернов, удешевить процесс испытаний простре" гочно-в:-.Рывной аппаратуры (ПВА).

Формула. изобретения

1.Композиционный состав для изготовления искусственного керна горных пород, включающий кварцевый наполнитель и кремнийорганическое связующее, отличающийся тем, что, с целью повышения точности моделирова ния физико-механических свойств кер" нов большого диаметра, в качестве кремнийорганического связующего ис" пользуют высококс:нденсированную модифицированную полиэтоксисилоксановую смолу при следующем соотношении компонентов, мас.4:

f778298

Кварцевый наполнитель

Модифициров.-нная полиэтоксисилокса нова я ,смола 5-1 <.

2. Состав по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве модификатора вводят спиртовой раствор щелочи в количестве 0,15-0,45io от со" держания модифицированной смолы. IQ

86-95;

3. Способ изготовления искусственного керна, включающий смешивание кварцевого наполнителя и кремнийорганического связующего, формование

Состав связующего

Содержание модификатора в связующем, мас.1

Степень отверждения керна, об.3 смола 111-228

Смола 111-228 модифицированная

98

100 l 00

0,1

0 15

0,2

0,3

0,4

0,45

0,5

«« «

Таблица 2

Время приготовления модифицированного связующего, ч

Степень отверждения керна, ОЬ.4

5

14

96 .

10О

100

Табли ца 3

«

Содеражание модифицированного свя" зующе го, o

4 5 10

Прочность при изгибе, ИПа

80/20

60/40

50/50

40/60

20/80

1 70 3 10 2 50 2 30 1 90

1,30 2,70 5,80 5,20 3,10

1,10 2,40 7,20 7,60 7,30

0,90 2,10 7,80 8,90 8,40

О 60 1 80 8 30 9 50 9 10

Соотношение кварцевого песка к пылевидному кварцу,в наполнителе, керна в оснастке, уплотнение состава и отверждение керна, о т л и ч а юшийся 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:

253-ном водном растворе аммиака до

?ïîëHoão насыщения и последующей суш ки с постепенным повышением темпера" туры от 40 до 120 С °

Т а б л и ц а 1