[發明專利]一種基于巖屑微納米壓痕實驗的頁巖彈性模量評價方法

在審

• 申請號: 202011046162.0
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112179769A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 馬天壽;王雅輝;陳平;劉陽;蘇雪;桂俊川
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/42;G01N1/28;G01N1/36;G01N1/44
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 房立普

1.一種基于巖屑微納米壓痕實驗的頁巖彈性模量評價方法，其特征在于，包括以下步驟：

S10、制備頁巖儲層的巖屑樣品；

S20、對巖屑樣品開展巖屑微米壓痕實驗或納米壓痕實驗獲得多組壓痕實驗載荷-位移曲線圖；

S30、分別獲取每組壓痕實驗載荷-位移曲線圖的最大壓入載荷P_m、最大壓入深度h_m、加載功W_t、卸載功W_e；

S40、再根據上述參數以及微米壓痕測試條件下頁巖彈性模量預測模型或納米壓痕測試條件下頁巖彈性模量預測模型分別計算每組壓痕實驗載荷-位移曲線對應的頁巖彈性模量；最后再求取多個頁巖彈性模量的平均值，該平均值即為頁巖儲層的頁巖彈性模量；

其中微米壓痕測試條件下頁巖彈性模量計算模型如下：

其中納米壓痕測試條件下頁巖彈性模量計算模型如下：

式中：E為被測頁巖的楊氏模量；υ為被測頁巖的泊松比；E_i為金剛石壓頭楊氏模量，取值1141GPa；υ_i為金剛石壓頭的泊松比，取值007；h_m為最大壓入深度；P_m為最大壓入載荷；W_e為卸載功；W_t為加載功；W_e/W_t為壓入比功。

2.根據權利要求1所述的一種基于巖屑微納米壓痕實驗的頁巖彈性模量評價方法，其特征在于，所述步驟S10的具體制備過程如下：

S11、收集頁巖儲層的巖屑，并進行烘干處理；

S12、將環氧樹脂膠結劑與改性胺類硬化劑加熱至40℃，再將其按質量比為3：1進行配比，充分融合形成混合膠后倒入模具；

S13、將烘干處理后的巖屑嵌入模具，使巖屑與混合膠充分接觸，靜置24h以上，待混合膠內泡沫消除且完全固化后得到膠結后的樣品；

S14、膠結后的巖屑樣品脫模并進行機械切割，將切割好的巖屑樣品進行打磨；

S15、打磨完成后，采用三離子束切割儀對巖屑樣品的表面進行處理，使表面變為平整光滑的高質量截面。

3.根據權利要求2所述的一種基于巖屑微納米壓痕實驗的頁巖彈性模量評價方法，其特征在于，所述步驟S14中通過砂盤進行打磨，其砂盤粗糙度由100目逐漸精細至5000目。

4.根據權利要求2所述的一種基于巖屑微納米壓痕實驗的頁巖彈性模量評價方法，其特征在于，所述步驟S20中微米壓痕實驗的具體步驟為：以加載速率恒為15N/min對巖屑樣品表面進行加載，加載至最大載荷50N時停止加載并卸載，獲取載荷及加載深度的變化；再在巖屑樣品表面進行網格化點陣實驗，得到多組壓痕實驗載荷-位移曲線圖。

5.根據權利要求2所述的一種基于巖屑微納米壓痕實驗的頁巖彈性模量評價方法，其特征在于，所述步驟S20中納米壓痕實驗的具體步驟為：以加載速率恒為20N/min對巖屑樣品表面進行加載，加載至最大載荷400N時停止加載并卸載，獲取載荷及加載深度的變化；再在巖屑樣品表面進行網格化點陣實驗，得到多組壓痕實驗載荷-位移曲線圖。

6.根據權利要求1所述的一種基于巖屑微納米壓痕實驗的頁巖彈性模量評價方法，其特征在于，所述步驟S30的具體過程為：從壓痕實驗載荷-位移曲線圖中直接獲取最大壓入載荷P_m、最大壓入深度h_m；再根據以下公式分別計算加載功W_t、卸載功W_e；

式中：W_t為加載功；W_e為卸載功；h_m為最大壓入深度；P為加載過程中任意深度處的加載力；dh為加載深度步進值；h_f為卸載最大殘余深度。

7.根據權利要求1所述的一種基于巖屑微納米壓痕實驗的頁巖彈性模量評價方法，其特征在于，所述步驟S20中對巖屑樣品開展巖屑微米壓痕實驗獲得多組壓痕實驗載荷-位移曲線圖；所述步驟S40中根據微米壓痕測試條件下頁巖彈性模量預測模型分別計算每組壓痕實驗載荷-位移曲線對應的頁巖彈性模量。