[發明專利]基于巖屑微納米壓痕實驗的頁巖單軸抗壓強度評價方法

有效

• 申請號: 202011046164.X
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112179770B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 馬天壽;王雅輝;張赟;陳平;劉陽;蘇雪
• 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.基于巖屑微納米壓痕實驗的頁巖單軸抗壓強度評價方法，其特征在于，包括以下步驟：

S10、收集目標頁巖儲層的巖屑，并進行烘干處理；

S20、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；

S30、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；

S40、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；

S50、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；

S60、對處理后的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；

S70、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、耗散能W_ir、壓入比功W_e/W_t、名義硬度H_n；

所述步驟S70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；

根據以下公式計算名義硬度H_n；

式中：H_n為名義硬度；A(h_m)為壓頭接觸投影面積函數，對于玻氏壓頭的接觸面積函數為：

根據以下公式計算耗散能W_ir；

式中：W_ir為耗散能；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；

根據以下公式計算壓入比功W_e/W_t；

式中：W_e/W為壓入比功；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；

S80、再根據上述參數以及微米壓痕測試條件下頁巖單軸抗壓強度預測模型或納米壓痕測試條件下頁巖單軸抗壓強度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單軸抗壓強度；最后再求取多個頁巖單軸抗壓強度的平均值，該平均值即為目標頁巖儲層的頁巖單軸抗壓強度；

其中微米壓痕測試條件下頁巖單軸抗壓強度計算模型如下：

其中納米壓痕測試條件下頁巖單軸抗壓強度計算模型如下：

式中：UCS為頁巖單軸強度；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；H_n為名義硬度。

2.根據權利要求1所述的基于巖屑微納米壓痕實驗的頁巖單軸抗壓強度評價方法，其特征在于，所述步驟S40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。

3.根據權利要求2所述的基于巖屑微納米壓痕實驗的頁巖單軸抗壓強度評價方法，其特征在于，所述步驟S60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。