用于碳酸盐储层的微模型的制造的制作方法

本披露总体上涉及一种用于制造用于研究地下石油储层环境中的流体行为的微模型的方法，更具体地涉及一种用于制造具有纳米级孔隙率的纳米流体微模型的方法。

背景技术：

1、随着全球对石油需求的增长和新油田发现率的下降，重要的是提高现有油田的石油生产效率。世界上许多储层将大约三分之二的石油困在用现有生产方法无法开采的地方。为了提高石油开采效率，重要的是更好地了解地下石油储层中的多相流体行为以及油-水-岩石相之间的相互作用。

2、世界石油储量的很大一部分是在碳酸盐储层中发现的。例如，据估计，中东约70％的石油和90％的天然气储量保持在碳酸盐储层中。通常，碳酸盐岩石主要由方解石(caco3)和白云石(camg(co3)2)组成。基于对阿拉伯半岛碳酸盐储层岩石的研究，在典型的储层深度下，方解石含量大于90wt.％，并且在一些深度下甚至高达100wt.％。

技术实现思路

1、本说明书描述了可用于研究地下石油储层环境中的流体行为的碳酸盐纳米流体微模型以及制造和使用这些模型的方法。本说明书中描述的模型和方法提供了制造具有纳米级孔隙率以及碳酸钙(caco3)、碳酸钙镁(camg(co3)2)或两者的表面的微流体芯片或池(即纳米流体芯片或纳米流体池)的化学程序。纳米流体微模型可以用作用于油气储层应用的碳酸盐微模型。

2、在所描述的制造工艺中，使用可商购的石英或玻璃流动池或芯片以及聚苯乙烯(ps)胶体球体。ps球体基本上是单分散的，并且具有在50与1000纳米(nm)之间的特征尺寸。它们是通过胶体合成方法合成的。将ps球体组装在池内以形成具有胶体晶体或光子晶体结构的模板。组装之后，通过原位生长caco3纳米晶体(模拟方解石)或包含camg(co3)2的纳米晶体(模拟白云石)来填充模板的空隙。由于被纳米晶体包围的ps球体以近三维(3d)密堆积胶体结构紧密堆积，因此被纳米晶体填充的球体之间的空隙形成方解石或白云石的纳米结构网络。当去除胶体晶体的模板时，在池内产生方解石或白云石的反蛋白石结构，其中来自模板的负复制体的三维(3d)空隙网络提供纳米级范围内的孔隙和通道，即纳米级孔隙率。

3、在一些方面，用于制造用于研究地下石油储层环境中的流体行为的具有可控纳米级孔隙率的碳酸盐纳米流体微模型的方法包括：将多个聚合物球体布置在透明流动池中；引发该多个聚合物球体的结晶以形成具有蛋白石结构的模板；用基于钙的溶液和基于碳酸盐的溶液填充该透明流动池，以在该蛋白石结构的空隙中形成纳米晶体；在蛋白石结构化模板中生长碳酸钙或碳酸钙镁的反蛋白石结构；以及从该透明流动池中除去通过该多个聚合物球体的结晶形成的该模板，留下具有多个纳米级孔隙和碳酸盐表面的反蛋白石结构。

4、用于制造具有可控纳米级孔隙率的碳酸盐纳米流体模型的方法的实施例可以包括以下特征中的一个或多个。

5、在一些实施例中，透明流动池具有在0.05与1毫米(mm)之间的光路和在16与300微升(μl)之间的体积。

6、在一些实施例中，该方法还包括合成多个聚合物球体。在一些情况下，多个聚合物球体具有在50纳米(nm)与1000nm之间的特征尺寸，并且碳酸盐纳米流体模型具有在50与1000nm之间的所得可控孔隙率。在一些情况下，该方法还包括在去离子水中纯化多个聚合物球体，并将多个聚合物球体重新分散在乙醇或1:1比率的水-乙醇混合物中。

7、在一些实施例中，该方法还包括通过在60摄氏度(℃)下干燥30分钟，使多个聚合物球体在透明流动池内结晶和固化。

8、在一些实施例中，该方法还包括形成基于钙或钙/镁的溶液并将该溶液注入透明流动池中。在一些情况下，1m ca2+溶液的形成包括将固体cacl2·2h2o溶液溶解在去离子水中作为形成方解石的前体。在一些情况下，1m(ca2++mg2+)溶液的形成是通过将cacl2·2h2o溶液和mgcl2·6h2o溶液以1:1摩尔比(或其他希望的以1:1至1:3.5的ca2+/mg2+摩尔比)溶解在去离子水中作为形成白云石的前体来制备的。在一些情况下，在透明流动池中形成caco3或camg(co3)2晶体包括将1m co32-注入透明流动池中以与基于钙或钙/镁的离子反应。在一些情况下，形成1m co32-包括将na2co3或(nh4)2co3溶液溶解在去离子水中。在一些情况下，该方法还包括通过将基于钙或钙/镁的溶液和co32-溶液交替地多次注入透明流动池中并在150℃下干燥2小时来用caco3或camg(co3)2晶体填充透明流动池的空隙。

9、在一些实施例中，该方法还包括将透明流动池浸没在甲苯溶液中过夜并使嵌入到方解石或白云石中的多个聚合物球体溶解。在一些情况下，该方法还包括将甲苯、氯仿或丙酮溶液注入透明流动池中，以洗涤经溶解的多个聚合物球体。在一些情况下，该方法还包通过将透明流动池在280℃下烧结2小时来在方解石或白云石网络中形成具有多个纳米级孔隙的反蛋白石结构。

10、在一些方面中，具有纳米级孔隙率的碳酸盐纳米流体微模型包括：透明流动池，该透明流动池包括限定入口的第一端和限定出口的第二端；以及在该透明流动池内的反蛋白石结构，该反蛋白石结构由具有多个纳米级孔隙的碳酸钙形成。

11、具有纳米级孔隙率的碳酸盐纳米流体微模型的实施例可以包括以下特征中的一个或多个。

12、在一些实施例中，碳酸盐纳米流体微模型具有带有过滤器的第二端。

13、在一些实施例中，透明流动池是可拆卸的石英池。在一些情况下，透明流动池也是微流动池。

14、在一些实施例中，反蛋白石结构包括具有多个连通空隙的三维(3d)网络。在一些情况下，多个连通空隙具有在50与1000nm之间的可控纳米级特征尺寸。在一些情况下，反蛋白石结构具有碳酸钙或碳酸钙镁的表面。

15、碳酸盐纳米流体池提供了用于模拟碳酸盐储层的简单且有用的微模型系统。这种方法允许使用小体积的样品并且以低成本在纳米级孔隙率下研究油水相行为以及流体与表面之间的相互作用，如岩石-流体相互作用。纳米流体池的表面是光学透明的，从而允许流体与表面附近的碳酸盐或白云石之间的相互作用通过多种表征工具(如先进的光谱和显微镜技术)直接可视化。所得数据为增加/提高石油开采率提供了有用的信息。

16、该技术涉及制造这样的微流体芯片的具有成本效益的化学方法，该微流体芯片具有纳米级精确控制的孔隙率，该孔隙率小于当前的方法，如光刻。该方法使得能够将普通的流动池转化为纳米流体池。纳米流体池可以用作用于研究纳米级孔隙率中的流体行为的有效的碳酸盐微模型系统。更具体地，该模型使得能够理解纳米级油水相行为和岩石-流体相互作用。储层微模型，可用于模拟地下石油储层环境，以用于亚微米级多相流研究、增加/提高石油开采率、以及储层网络测绘。所披露的微模型表示碳酸盐储层岩石的地球化学表面的特性。

17、以下附图和说明书阐述了这些系统和方法的一个或多个实施例的细节。这些系统和方法的其他特征、目的和优点将从说明书和附图以及权利要求中显而易见。