一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法技术

本发明专利技术提供一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法包括：S1：确立待研究的页岩的物理性质，确定诱导因素及数量；S2：根据诱导因素的数量及其之间耦合关系，确定各个诱导因素比重变化的数量；S3：引入数理统计学范畴的正交试验设计法，选择对应的正交表，依据正交表确定各水平下各诱导因素的具体比重及组合，确定页岩建模组分及建模条件的配比；S4：采用基于热压法的人工页岩建模技术构建待测可控人工页岩样品；S5：通过岩石实验测试所建系列岩石样品的物理性质，采用数理统计方法解耦不同影响因素对该物理性质的定量影响关系。本发明专利技术能够有效的解决地球物理领域普遍存在的关于岩石多因素耦合影响下的物理性质响应的定量研究问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法
本专利技术涉及地质和地球物理研究技术和实验室测试领域，具体涉及一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法。
技术介绍
页岩处在一个大的地质及地球物理环境中，页岩的性质受到埋深、压力，有机质含量等诸多地质因素的共同影响，而最终表现出的性质，是诸多影响条件的综合反映。但在实际的研究以及应用层面，更希望将多种因素的综合影响从大背景中分离出来，进而得到某一种单一因素对结果所造成的具体影响。如果能够将影响页岩物性的每种单一因素对目标性质的影响分离出来，就可以根据具体研究区域中，每种因素的程度，大致估算出该区域的整体情况。这就要求目标指标的各个影响因素均可以独立的受控与变化。举例来说，页岩的脆性受到多种因素的影响，如脆性矿物(石英、碳酸盐岩)、黏土矿物、成岩压力、有机质含量等。我们要通过岩心测试的方法，研究多种组分、成岩条件、颗粒大小等对页岩的脆性、各向异性、力学性质等物性的影响，便需要准备一个样品系列，保证系列中某一因素可以按照实验设计连续变化。同时，其他所有因素条件均需保持一致，即测试样品的单一影响因素需分别完全可控，尽管在天然页岩条件下是不可能达到的，但是我们可以通过制作因素可控的人工页岩样品序列以达到上述实验目的。在利用人工页岩样品进行实验的过程中，仍存在难点。如果考虑多种因素的交互变化的情况，需制作尽可能多的样品试块用于测试，以保证测试结果的稳定可靠。但随着考虑因素的增多，所需样品数量呈几何级数增加，如果全部制作，需要耗费相当长的时间以及人力成本。因此，本专利技术提出了一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法，该方法在尽可能反映各个因素对目标性质的真实影响的同时，降低投入资金，还缩短了生产成型周期，避免了耗工耗时等现象。为实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案。一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法，包括以下步骤：S1：确立待研究的页岩的物理性质，针对该物理性质确定影响页岩该物理性质的诱导因素及数量；S2：根据诱导因素的数量及其之间耦合关系，确定各个诱导因素比重变化的数量，即定水平数量；S3：引入数理统计学范畴的正交试验设计法，根据所定诱导因素的数量和水平数量选择对应的正交表，依据正交表确定各水平下各诱导因素的具体比重及组合，确定页岩建模组分及建模条件的配比；S4：以天然页岩的地质条件和物性特征为地质约束，采用基于热压法的人工页岩建模技术构建一系列由正交试验设计确定组分及条件配比的待测可控人工页岩样品；S5：通过岩石实验测试所建岩石样品的物理性质，基于所测实验数据，采用数理统计方法解耦不同影响因素对该物理性质的定量影响关系。优选地，所述物理性质包括弹性性质、电性性质和力学性质；所述弹性性质包括各向异性、脆性、模量、阻抗和速度；所述电性性质包括电阻率和极化率；所述力学性质包括杨氏模量、泊松比和抗压强度。优选地，所述影响页岩物理性质的诱导因素包括地质成岩环境、粘土矿物、碎屑矿物、自生矿物和有机质；所述成岩环境包括成岩压力、成岩温度和成岩时间；所述粘土矿物包括高岭石、伊利石、蒙脱石、水云母和拜来石；所述碎屑矿物包括石英、长石、云母和方解石；所述自生矿物包括铁、铝和锰的氧化物与氢氧化物；所述有机质包括沥青和干酪根。优选地，所述诱导因素的比重包括不同组分的含量百分比，不同成岩压力的大小和不同成岩温度的高低。优选地，所述正交表的选择原则：在能够安排试验因素和交互作用的前提下，选用较小的正交表，通过部分试验分析了解全面试验的情况，然后找到最优水平组合。优选地，所述S3中的试验因素的水平数应等于正交表中的水平数；正交表的列数c≥因素所占列数+交互作用所占列数+空列；正交表的总自由度(a-1)≥因素自由度+交互作用自由度+误差自由度；若各因素及交互作用的自由度之和等于所选正交表总自由度，则采用有重复正交试验来估计试验误差。优选地，所述S4中的人工页岩样品的构建原则：各项岩石物理参数、力学特征、地震特性、微观结构以及成岩条件都与天然页岩相近。优选地，所述S5中的岩石实验测试包括岩石物理测试和岩石力学测试；所述岩石物理测试包括地层环境下超声测试、差分共振谱测试、低频岩石物理测试和电阻率测试；所述岩石力学测试包括单轴地层环境下的单轴压缩实验和三轴压缩实验。优选地，所述数理统计方法包括极差分析和方差分析。本专利技术提出了一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法，据以正交表的正交性、代表性以及综合可比性获得的实验设计方案，具有均衡分散和整齐可比等特点。正交性表现在下面两个方面，方面一是在任一列中，各水平都出现，且出现的次数相等。方面二是任意两列之间各种不同水平的所有可能组合都出现，且对出现的次数相等。代表性是正交实验之所以可以均匀抽样，较好的代表全部样本的基础。代表性主要表现在以下三个方面：(1)任意的两列之间各不同水平的所有可能组合都出现，而且对出现的次数相等。(2)任意两列的所有水平组合都出现，使得任意的两因素间的试验组合成为全面试验。(3)因为正交表的正交性，正交试验的试验点必然均衡地分布于全面试验点中，具有极强的代表性。部分试验寻找的最优条件与全面试验所找的最优条件，趋势应该一致。综合可比性表现为任意一列的各水平出现的次数相等；任意两列间所有水平组合出现次数相等，使任意一个因素各水平的试验条件相同。这保证了在每一列的因素各水平的效果中，最大限度排除其他因素干扰。因此可综合比较该因素不同水平对试验指标的影响情况。以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步的说明。附图说明图1是本专利技术实施例的一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法的流程图；图2是本专利技术实施例的一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法的正交实验选点示意图；图3是本专利技术实施例的一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法的纵横波各向异性参数、各向异性杨氏模量参数、脆性参数与黏土含量交汇图；图4是本专利技术实施例的一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法的纵横波各向异性参数、各向异性杨氏模量参数、脆性参数与有机质含量交汇图；图5是本专利技术实施例的一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法的纵横波各向异性参数、各向异性杨氏模量参数、脆性参数与压力交汇图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法，具体流程如图1所示，包括以下几个步骤：S1：确立待研究的页岩的物理性质，针对该物理性质确定影响页岩该物理性质的诱导因素及数量(定因素)；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：确立待研究的页岩的物理性质，针对该物理性质确定影响页岩该物理性质的诱导因素及数量；/nS2：根据诱导因素的数量及其之间耦合关系，确定各个诱导因素比重变化的数量，即定水平数量；/nS3：引入数理统计学范畴的正交试验设计法，根据所定诱导因素的数量和水平数量选择对应的正交表，依据正交表确定各水平下各诱导因素的具体比重及组合，确定页岩建模组分及建模条件的配比；/nS4：以天然页岩的地质条件和物性特征为地质约束，采用基于热压法的人工页岩建模技术构建一系列由正交试验设计确定组分及条件配比的待测可控人工页岩样品；/nS5：通过岩石实验测试所建岩石样品的物理性质，基于所测实验数据，采用数理统计方法解耦不同影响因素对该物理性质的定量影响关系。/n

【技术特征摘要】
1.一种多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：确立待研究的页岩的物理性质，针对该物理性质确定影响页岩该物理性质的诱导因素及数量；
S2：根据诱导因素的数量及其之间耦合关系，确定各个诱导因素比重变化的数量，即定水平数量；
S3：引入数理统计学范畴的正交试验设计法，根据所定诱导因素的数量和水平数量选择对应的正交表，依据正交表确定各水平下各诱导因素的具体比重及组合，确定页岩建模组分及建模条件的配比；
S4：以天然页岩的地质条件和物性特征为地质约束，采用基于热压法的人工页岩建模技术构建一系列由正交试验设计确定组分及条件配比的待测可控人工页岩样品；
S5：通过岩石实验测试所建岩石样品的物理性质，基于所测实验数据，采用数理统计方法解耦不同影响因素对该物理性质的定量影响关系。


2.根据权利要求1所述的多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法，其特征在于，所述物理性质包括弹性性质、电性性质和力学性质；所述弹性性质包括各向异性、脆性、模量、阻抗和速度；所述电性性质包括电阻率和极化率；所述力学性质包括杨氏模量、泊松比和抗压强度。


3.根据权利要求1所述的多因素耦合影响下页岩物理性质响应的定量实验方法，其特征在于，所述影响页岩物理性质的诱导因素包括地质成岩环境、粘土矿物、碎屑矿物、自生矿物和有机质；所述成岩环境包括成岩压力、成岩温度和成岩时间；所述粘土矿物包括高岭石、伊利石、蒙脱石、水云母和拜来石；所述碎屑矿物包括石英、长石、云母和方解石；所述自生矿物包括铁、铝和锰的氧化物与氢氧化物；所述有机质包括沥青和干酪根。


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【专利技术属性】
技术研发人员：谢剑勇，曹俊兴，张俊杰，刘浩运，方艳萍，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51