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

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ЦРЕСПУБЛИК(19) ( 1778298 я)5 Е 39/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ С ЛЬСТ м.Губкина, 1955, вып. 14. ралов ра спекания ивания с Извес1 с" рны, в цевыи икое нат эующего в тщате о- бнес жи ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по взрывным методам геофизической разведки и Московский авиаци-онно-технолог ческий институт им. К.Э.Циолковского02) Б, Б.Шприц, В,ф. Болдина, В;М.Те" бякин, В,В,Иваненко, А.С,Муркина, В.Ф,Гаранин, А.В.Лоханкин, В.М.Копылов, В,Н,Кончаков и В,С.Замахаев (56) Авторское свидетельство СССР йф 1368435, кл. Е 21 С 39/00, 1986,.Кошелева И.М. и Кусаков И.И.Методика исследования модельных кернов из кварцевого песка. -.Труды МНИ Изобретение относится к горной пмышленности, а именно к созданиюкусственных образцов горных пород(искусственных кернов), имитируютпо своему химическому составу ественные горные породы различных нетяных месторождений.Известны различные составы и ссобы приготовления искусственныхразцов горных пород из порошков м(54) КОМПОЗИЦИОННЬ 1 й СОСТАВ ДЛЯ ИЗГО-.ТОВЛЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО КЕРНА ГОРНЫХ ПОРОД И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИСКУССТ" ВЕННОГО КЕРНА(57) Использование; моделированиегорных пород, преимущественно для испытаний прострелочно-взрывной аапаратуры. Сущность изобретения: композиционный состав содержит кварцевый наполнитель и кремнийорганические связующее. В качестве связующего использована высококонденсированная модифицированная полиэтоксисилоксановая смола.Соотношение компонентов, мас,: квар- .цевый наполнитель 86-95, связующее 5-14, В качестве модификатора смолы вводят спиртовой раствор щелочи. Со" держание щелочи 0,15-0,451 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 высуши"еааЬ вают при постепенном повышении темпе" ратуры от 40 до 120 С. 2 с, и 1 э,п. Ч ф-лы, 3 табл.СО Ю эличной зернистости путем ,: в процессе обжига или скле;помощью связующего.тн например, искусственные со -ав которых входит кварсок, пылевидный кварц и жид иевое стекло в качестве свяСпособ изготовления состоит ьном перемешивании компонендким стеклом, разбавляемымна 1/3 водой, наполнении и утрамбовкев Форме каждой порции, Образец кернаподсушивается на воздухе в течение5-7 сут, выдерживается в сушильномшкафу при 50 и 150 С по 24 ч на каждом режиме, затем подвергается термической обработке при 600-650 С поспециальной технологии.Наиболее близкой к изобретению по 1 Отехнической сущности и достигаемомуэффекту является композиция, содержащая наполнитель (кварцевый песок ипылевидный кварц) и в качестве связующего - гидролизованный тетраэтилор"тосиликат, приготовляемый непосредственно перед составлением смеси и изготовлением кернов, Отверждение отпрессованного образца происходит втечение 1 сут при комнатной темпера Отуре, затем в сушильном шкафу при85-90 С в течение 2 ч, при 200-250 Св течение 1 ч и прокаливании в муФельной пеци при 550 С в тецение 4 чс постепенным охлаждением, Изготовлен 15ный таким образом керн обладает струк.турой, близкой по минералогическомусоставу и геометрии порогового пространства к естественным кварцевым песчаникам, ЗОНедостатки образцов указанногосостава состоят в недостаточно высокой механической прочности из"за не"возможности введения повышенного(обеспецивающего необходимую процность) количества связующего без разрушения структуры смолы, в наличиипри его изготовлении сложной химической реакции гидролиза этилсиликата,длительности и высокой энергоемкости 4 Опроцесса изготовления вследствие проведения операции прокаливания керновпри 550-600 С,Целью изобретения является повышение точности моделирования Физикомеханических свойств кернов большогодиаметра при одновременном сниженииэнергоемкости изготовления кернов.Поставленная цель достигается тем,что в композиционный состав для мо" 5 Оделирования керна горных город, включающий кварцевый наполнитель и крем"нийорганическое связующее, в качестве последнего используют высококон.денсированную модифицированную полиэтоксисилоксановую смолу при следую 55щем соотношении компонентов, мас,3:Кварцевый наполитель 86-95Связующее 5-14,геред смешиванием наполнителя и свя"зующего производят модификацию связующего, смешивание осуществляют неранее чем через 15 ч после модифика"ции, а отеерждение керна проводятпутем его выдержки в 25;-ном водномрастворе аммиака до полного насыщенияи последующей сушки с постепеннымповышением температуры от 40 до 120 С.Сопоставительный с прототипом ана"лиз позволяет сделать вывод, чтогредлагаемый состав отлйчается отизвестногс введением новых компонентов, а именно в качестве связующегоиспользуется полкэтоксисилоксановаясмола, модифицированная спиртовымраствором щелочи.При использовании продукта 111-228 (ТУ 6-02-1339-86) в качествесвязующего в процессе изготовленияискусственных кернов с увеличениемих размеров до 4 90 мм и 1 = 200230 мм наблюдается неполное отвержде"ние по центру образцов, Введение вгродукт 111"228 модификатора (спир"тового раствора щелочи) в количествеот 0,15 до 0,453 способствует полному протеканию реакции гидролитическойполиконденсации связующего по всемуобъему керна, цто позволяет получитьполностью отвержденные керны,Результаты испытаний на степеньотверждения приведены в табл,1.Степень отверждения, и зависимости от количества вводимого модифика"тора, определялась по торцевым срезамна кернах д 90 мм по следующей формуле:ггде Я - степень отверждения, Ф;71 в объем отверждения части кернаю м фЧ - объем керна, мз.При введении в связующее модифика"тора в количестве менее 0,15 не происходит полного отверждения (середи"на керна сырая, Рыхлая), а при введении более 0,45 происходит неполное отверждение и поверхностное осыпанке пьлевидного кварца, Применениемодификатора от 0,15 до 0,453-ногосодержания связующего позволяет получить полностью отвержденные керны,При изготовлении модифицированного связующего существеннее влияниена степень отверждения оказывает нетолько количественное соотношениемодификатора. но и время приготовле"1778298 б 10 15 20 ния модифицированного связующего.Результаты испытаний приведены втабл. 2,Установлено, цто полное отверждение изготовленных кернов происходитпри использовании модифицированногосвязующего не ранее цем церез 15 цс.момента его изготовления,Для экспериментальной проверкипредлагаемого способа было подготовленно 8 композиций с разлицным про"центным соотношением ингредиентов,В качестве связующего использовалиспециально приготовленный растворсмолы 111-228 (ТУ 6-02-1339-86) сразличным содержанием модификатора(0,15-0,Й 4). Модификатором являетсяспиртовой раствор щелочи, В качественаполнителя применяли смесь люберецкого кварцевого песка и пылевидногокварца марки КП.Последовательность и режимы приго-товления предлагаемых композиций испособ изготовления искусственныхкернов состоят в следующем,Снацала перемешивают фракции наполнителя в необходимых соотношенияхв смесеприготовительных бегунах тип018 М в течение 20 мин затем . в процессе перемешивания наголнителя.(кварцевый песок и пылевидный кварц)в смеситель вводят предварительноприготовленное и выдержанное не менее 15 ц модифицированное связующее.Продолжительность плакирования связующего 20-30 мин, после чего смесьготова для Формования образцов кернов,Для Формования образцов керновиспользовалась металлическая оснаст"ка. Для их изготовления могут бытьиспользованы любые методы динамичес"кого уплотнения смесей, а именнопрессовый, ручной и т.д. В данкомслучае уплотнение композиций производилось путем двустороннего прессования в пресс-Форме с выдержкой поддавлением М МПа в тецение 1,5 минс каждой стороны, Полуценнные сырыекерны отверждались путем погруженияих в 251-ный водный раствор аммиакана 20 ц. Отвержденные керны последовательно сушились при 50, 70, 100 и120 С в тецение 8 ч при каждой темпе"ратуре,Готовые керны, изготовленные попредлагаемой методике, были испытаны,Их прочностные характеристики указа"ны в табл. 3.В результате испытаний видно, цтоцелесообразно применять песчаник ссодержанием связующего до 1 М, цтообеспечивает необходимые прочностныепараметры,Реализация изобретения позволитиспольэовать его вместо естественныхобразцов горных пород в специальныхкомбинированных мишенях для исследования и испытания пробивной способности перфораторов в условиях высоких давлений и температур, при исследовании закономерностей разрушенияпород при взрывном нагружении, примоделировании продуктивных нефтенос"ных месторождений, а также при исследовании вскрытия: нефтяного пласта,при изучении прс цессов Фильтрации ивытеснения нефти водой из пористойсреды,Характерными технико-экономически " ми показателями нового способа изго" товления искусственного керна являет" ся возможность получения однородных и неоднородных образцов с заранее заданными колйекторскими свойствами, по своему химическому составу имити" рующих естественные горные породы разлицных нефтяных месторождений, позволиг использовать искусственные керны неоднократно для проверки воспроизводимости полученных результатов, . Применение искусственных кернов позволит уменьшить энергозатраты при изгото-, влении,исключить использование (или . 40. энациТельно уменьшить) дорогостоящих и труднодобываемых естественных кернов,удешевить процесс испытаний простре"лоцно-взрывной аппаратуры (ПВА). Формула. изобретения 1.Композиционный состав для изготовления искусственного керна горных пород, включающий кварцевый наполни- тель и кремнийорганицеское связующее, о т л и ц а ю щ и й с я тем, цто, с целью повышения точности моделирова ния физико-механических свойств кер" нов большого диаметра, в качестве кремнийорганицеского связующего ис" пользуют высококонденсированную модифицированную полиэтоксисилоксановую смолу при следующем соотношении компонентов, мас.4:,смола 5-14 2. Состав по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве модиФикатора вводят спиртовой раствор щелочи в количестве .0,15-0,45 0 от со" держания модиФицированной смолы. 10 3. Способ изготовления искусственного керна, включающий смешивание кварцевого наполнителя и кремнийорганического связующего, Формование Состав связующего Содержание модиФикаттора в связующем,мас,1 Степень отверждениякерна,об,Ф смола 111-228 30 Смола 111-228 мо- диФицированная 98 100 100 100 100 100 97 0,10,150,20,30,40,450,5 и в те тта ииеаитааиаттттваааавве втеаатеТаблица 2 и та Время приготовлениямодиФи ци рованногосвязующего, ч Степень отвер"ждения керна, об.4 1 5 10 14 15 24 30 50 70 96 , 100 100 Табли ца 3 ттваи ааиватти и тете тити ее е ивСодеражание модиФицированного свя"зующего,05 10 15 Прочность при изгиЬе, ИПа 80/20 60/40 50/50 40/60 20/80 1,7 О 3,1 О 2,5 О 2,3 О 1,90 1,30 2,70 5,80 5,20 3,10 1 10 2 40 7 20 7 60 7 30 090 2,10 7,80 8,90 8,40 0,60 1,80 8,30 9,50 9,10 Соотношение кварцевогопеска к пылевидномукварцу,в наполнителе,керна в оснастке, уплотнение состава и отверждение керна, о т л и ч а ю " щ и й с я 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 0-ном водном растворе аммиака до полного насыщения и последующей суш ки с постепенным повышением темпера" туры от 40 до 120 СТ а б л и ц а 1