一种页岩颗粒形貌和位移演化过程的实验模拟方法技术

本发明专利技术属于页岩颗粒演化技术领域，公开了一种页岩颗粒形貌和位移演化过程的实验模拟方法，采用地层中真实的岩心进行模拟实验，借助侧向等压三轴力学实验模拟页岩成岩演化过程中的构造运动，在同一块全尺度岩心相同方向上取两块标准的柱样，一块作为对照组，另一块开展三轴力学实验，作为实验组；根据印支时期地层受到的最大主应力值设定围压值，对实验组岩心进行三轴力学实验；实验后，取7块岩样进行扫描电镜实验，对岩心进行多尺度多视域FE

【技术实现步骤摘要】
一种页岩颗粒形貌和位移演化过程的实验模拟方法


[0001]本专利技术属于页岩颗粒演化
，尤其涉及一种页岩颗粒形貌和位移演化过程的实验模拟方法。

技术介绍

[0002]目前，页岩颗粒的定向排列程度决定了孔径大小、分布、孔喉连通性及流体可动性等特征，通常颗粒的定向排列程度越高，储层物性越好，为油气的存储和运移提供了通道。页岩颗粒定向排列程度不仅改变了岩石的物性，也反映了岩石的压实应变，从而决定了岩石裂缝的发育程度，其在力学上表现出的差异影响着钻井和压裂设计。模拟构造应力下页岩颗粒的形貌特征及定向排列程度的研究具有重要科学价值，对推动非常规油气藏勘探开发具有重要的理论意义和现实意义。此外，此模拟方法可以从地质学的角度分析地应力对页岩颗粒排列的影响，结合地质
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工程一体化的思路提高油气行业的开发效率，为现场制定合理的开发方案提供依据。采用单一变量的原则，借助物理模拟
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图像分析等手段研究不同应力对泥页岩颗粒定向排列的作用。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0004](1)国内外学者认识到构造应力会对页岩的微结构造成影响，也意识到页岩定向排列结构对渗流机理和油气开发的重要性，但仍没有一套模拟构造应力对页岩微结构演化过程的实验方法。
[0005](2)表征页岩颗粒定向排列程度的研究手段欠缺，普通薄片观察以及普通抛光片的扫描电镜样品观察等常规分析测试手段远不能满足定量刻画页岩定向排列结构的研究。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种页岩颗粒形貌和位移演化过程的实验模拟方法。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种页岩颗粒形貌和位移演化过程的实验模拟方法，所述页岩颗粒形貌和位移演化过程的实验模拟方法包括：
[0008]步骤一，采用地层中真实的岩心进行模拟实验，借助侧向等压三轴力学实验模拟页岩成岩演化过程中的构造运动，在同一块全尺度岩心相同方向上取两块标准的柱样，一块作为对照组，另一块开展三轴力学实验，作为实验组；
[0009]步骤二，根据印支时期地层受到的最大主应力值设定围压值，对实验组岩心进行三轴力学实验；
[0010]步骤三，实验后，取7块岩样进行扫描电镜实验#S1
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#S7，#S1在对照组岩心中取样，垂直于原始岩心的层理面；#S2
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#S6在分别在三轴力学实验后岩石的断裂面处取样，取样方面平行于断裂面；#S7在三轴力学实验后的非断裂面处取样，取样方向仍垂直于原始岩心的层理面；
[0011]步骤四，分别对#S1
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#S7岩心进行多尺度多视域FE
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SEM图像拼接实验，并应用
Image J软件识别拼接照片中页岩微结构特征(颗粒和孔隙的大小、形状、取向及分布)；
[0012]步骤五，应用结构定向熵模型对颗粒的排列情况进行计算，探究构造作用力对页岩颗粒形变及位移的影响。
[0013]进一步，所述步骤一中，借助三轴力学实验模拟页岩成岩演化过程中的构造运动具体过程为：
[0014]岩石三轴实验在三向应力状态下测定岩石的硬度和变形，岩石三轴力学实验仪器型号为RTR
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1000三轴岩石力学测试系统，测试环境温度介于20
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23℃，湿度为64％RH；在实验中采用侧向等压方式的三轴试验，采用三轴岩石力学实验模拟成岩演化过程中构造应力对泥页岩颗粒排列的影响。
[0015]进一步，所述步骤三中，最大主应力值为82.0～82.4MPa，围压值为80MPa。
[0016]进一步，所述步骤四中，采用多尺度多视域FE
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SEM图像拼接及Image J软件识别技术定量的探究构造作用力对页岩颗粒形变及位移的影响具体过程为：
[0017]设计对照组和实验组，在同一块全尺度岩心相同方向上取两块标准的柱样，一块作为对照组，另一块开展三轴力学实验，作为实验组，以分析页岩颗粒在构造应力下微观结构的变化规律。
[0018]进一步，所述分析页岩颗粒在构造应力下微观结构的变化规律包括：构造应力对页岩颗粒和孔隙形状的影响、构造应力对页岩颗粒和孔隙定向排列影响、构造应力对页岩颗粒和孔隙形状影响、构造应力下颗粒定向排列演化模式。
[0019]进一步，所述构造应力对页岩孔隙和颗粒形状的影响包括：孔隙形状变换、颗粒形状变换。
[0020]进一步，所述孔隙形状变换具体过程为：
[0021]断裂面处孔隙的扁平度值显著增加，由于颗粒在外部压力的作用下发生位移，导致颗粒之间的相对位置发生改变，引起孔隙形状的改变，向着更狭长的形状演变。
[0022]进一步，所述颗粒形状变换具体过程为：
[0023]以旋转阻力的方式存在于颗粒间的接触处，导致颗粒发生旋转致使孔隙形状发生改变。
[0024]进一步，所述构造应力对页岩颗粒定向排列影响具体过程为：
[0025]岩石在受到外部的构造应力作用后，颗粒与颗粒之间的接触处弹性变形增大，由于颗粒间多为面
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面或线
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面的接触方式，造成接触处存在旋转阻力，使颗粒间产生接触运动。
[0026]进一步，所述构造应力下颗粒定向排列演化模式具体过程为：
[0027]构造作用力对颗粒微结构的影响体现在孔隙大小及形状方面，构造作用力导致新的孔隙和裂缝产生；构造作用力破坏颗粒固有的定向排列结构，导致颗粒的排列更加无序化，是破坏性的成岩作用；构造作用力通过使颗粒旋转转动、颗粒间固有孔隙增大、新的孔隙和裂缝生成方面影响颗粒微观结构；在颗粒面
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面接触的模式下，应力通过颗粒间的接触传递，颗粒间产生较大的孔隙。
[0028]进一步，所述步骤五中，颗粒排列程度的计算模型为：
[0029]基于孔隙排列结构的影响，细粒岩结构定向熵视为粒度熵、颗粒排列熵及孔隙排列熵的函数，由以下公式表示：
[0030][0031]式中，E
di
为颗粒排列熵，表示颗粒定向分形维数值；E
pd
为颗粒粒度熵，表示粒度分形维数值；E
bi
为孔隙排列熵，表示孔隙定向分形维数值。其中，值越大，证明排列混乱程度越高，排列越杂乱无章，无明显规律，体系越不稳定；值越小，则表明混乱程度越低，排列更加定向化，体系越稳定。
[0032]结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0033]第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本专利技术的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本专利技术技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
[0034]构造应力为破坏性的成岩作用，可以破坏颗粒固有的定向结构，使其更加无序化。构造应力通过使泥页岩颗粒旋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种页岩颗粒形貌和位移演化过程的实验模拟方法，其特征在于，所述页岩颗粒形貌和位移演化过程的实验模拟方法包括：步骤一，采用地层中真实的岩心进行模拟实验，借助侧向等压三轴力学实验模拟页岩成岩演化过程中的构造运动，在同一块全尺度岩心相同方向上取两块标准的柱样，一块作为对照组，另一块开展三轴力学实验，作为实验组；步骤二，根据印支时期地层受到的最大主应力值设定围压值，对实验组岩心进行三轴力学实验；步骤三，实验后，取7块岩样进行扫描电镜实验#S1
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#S7，#S1在对照组岩心中取样，垂直于原始岩心的层理面；#S2
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#S6在分别在三轴力学实验后岩石的断裂面处取样，取样方面平行于断裂面；#S7在三轴力学实验后的非断裂面处取样，取样方向仍垂直于原始岩心的层理面；步骤四，分别对#S1
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#S7岩心进行多尺度多视域FE
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SEM图像拼接实验，并应用Image J软件识别拼接照片中页岩微结构特征(颗粒和孔隙的大小、形状、取向及分布)；步骤五，应用结构定向熵模型对颗粒的排列情况进行计算，探究构造作用力对页岩颗粒形变及位移的影响。2.如权利要求1所述页岩颗粒形貌和位移演化过程的实验模拟方法，其特征在于，所述步骤一中，借助三轴力学实验模拟页岩成岩演化过程中的构造运动具体过程为：岩石三轴实验在三向应力状态下测定岩石的硬度和变形，岩石三轴力学实验仪器型号为RTR
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1000三轴岩石力学测试系统，测试环境温度介于20
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23℃，湿度为64％RH；在实验中采用侧向等压方式的三轴试验，采用三轴岩石力学实验模拟成岩演化过程中构造应力对泥页岩颗粒排列的影响。3.如权利要求1所述页岩颗粒形貌和位移演化过程的实验模拟方法，其特征在于，所述步骤三中，最大主应力值为82.0～82.4MPa，围压值为80MPa。4.如权利要求1所述页岩颗粒形貌和位移演化过程的实验模拟方法，其特征在于，所述步骤四中，采用多尺度多视域FE
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SEM图像拼接及Image J软件识别技术定量的探究构造作...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓虎成，解馨慧，李瑞雪，何建华，刘岩，胡笑非，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：