模拟重力作用下页岩颗粒形貌和位移演化过程的测定方法技术

本发明专利技术属于地质实验技术领域，公开了一种模拟重力作用下页岩颗粒形貌和位移演化过程的测定方法，从页岩岩心中提取干酪根作为有机组分实验材料，选择无机组分实验材料；选择实验设备；将矿物颗粒进行烘干脱水处理，利用混合搅拌器进行均匀搅拌；将混合后的矿物颗粒分层样品装入模具，直至把模具填满；对样品压实后取出；分别对页岩样品颗粒的形貌特征及颗粒排列程度进行计算。本发明专利技术针对细粒岩颗粒成岩过程中地质力学环境进行分析，分析上覆岩石压力下颗粒的形貌特征、排列特征、孔隙结构特征的变化规律，分析应力的差异对细粒岩颗粒定向排列的影响，揭示细粒岩颗粒定向排列的力学机理。理。理。

【技术实现步骤摘要】
模拟重力作用下页岩颗粒形貌和位移演化过程的测定方法


[0001]本专利技术属于地质实验
，尤其涉及一种模拟重力作用下页岩颗粒形貌和位移演化过程的测定方法。

技术介绍

[0002]我国细粒岩十分发育，蕴含巨大油气资源量，具有广阔开发的前景。随着非常规油气勘探技术的不断进步，细粒岩已被认为是构成致密、页岩油气的烃源岩和储集层，与油气资源关系密切。与常规储层相比，细粒岩粒度小、排列结构复杂，“源
‑
储
‑
盖”三位一体。此外，细粒岩储层具有较强的非均质性，在宏观上表现为物理力学性质的各向异性，微观上则主要表现为颗粒结构和排列组合的多变性、复杂性和随机性。目前，细粒岩颗粒成岩过程中会受到各种外力的影响，其中最为重要的是上覆地层压力。上覆岩石压力又称上覆层负载、地静压力，指的是由上覆地层的基质质量和上覆地层孔隙中的流体(油、气、水) 质量之和所产生的压力，方向竖直向下。在成岩压实过程中，地层中的某一点会受到上部岩石的压实作用引起的力，地层中细粒岩某一点的上覆岩层等于的上覆地层总重量之和。
[0003]压实作用具有歪曲和挤压的效应，一些富含黏土矿物和有机质的沉积物可被压实到初始其沉积厚度的四分之一或甚至八分之一。黏土矿物和有机质等塑性矿物在上覆压力的作用下更易被压缩变形，而石英长石等脆性颗粒不易变形，矿物颗粒的取向很难发生变化。因此，上覆岩石压力对细粒沉积岩的演化起到了关键性的作用。
[0004]实验应用“冷压法”模拟泥页岩的压实过程，采用了单一变量的原则，通过人工压制岩石模拟实验可以更加准确且直观的分析上覆应力下泥页岩颗粒形貌和位移的演化过程。人造岩心可以排除外界因素的干扰，精确的控制矿物组分、上覆压力等条件。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的页岩颗粒模拟实验只能模拟在上覆重力下岩石宏观的形态特征，很难定向表征颗粒的形貌特征、位移演化及定向排列的变化。

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模拟重力作用下页岩颗粒形貌和位移演化过程的测定方法。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种模拟重力作用下页岩颗粒形貌和位移演化过程的测定方法包括：
[0008]步骤一，从页岩岩心中提取干酪根作为有机组分实验材料，选择纯度为90％以上的脆性矿物和黏土矿物粉末作为无机组分实验材料；
[0009]步骤二，选择HA
‑
YXZB
‑
II岩心制备仪作为实验设备；
[0010]步骤三，将矿物颗粒进行烘干脱水处理，利用混合搅拌器进行均匀搅拌；
[0011]步骤四，将混合后的矿物颗粒分层样品装入模具，每加入一层在上覆压力 10MPa压制10min，然后再装入下一层矿物颗粒，直至把模具填满；
[0012]步骤五，对样品压实20h后，将样品从模具中取出；
[0013]步骤六，基于多尺度多视域扫描电镜鉴定技术(7
×
7)，结合Image J软件分别对页岩样品颗粒的形貌特征及颗粒排列程度进行计算。
[0014]进一步，所述步骤一中将石英、长石、方解石和黄铁矿作为脆性矿物实验材料，选择伊利石、蒙脱石、高岭石和绿泥石作为黏土矿物实验材料。具体矿物的比例参照模拟的页岩岩相类型，无固定比例。
[0015]进一步，所述步骤二中的实验设备分为自动控压系统和液压机两部分，施加的压力范围是0～60MPa；岩石磨具由底座、空腔、承压层等部分组成，空腔为圆柱体。将混合好的矿物颗粒逐层装入模具后，设置上覆压力值。
[0016]进一步，所述步骤三中的烘干脱水处理中，采用60℃～80℃恒温烘干24h，所述混合搅拌器的搅拌时间为30min。脱水处理是为了排除矿物颗粒表面的水对实验的影响，使模拟实验更加合理。
[0017]进一步，所述步骤四分层将样品装入模具时，具体步骤包括：
[0018](1)将混合后的矿物颗粒中加入胶结物；
[0019](2)将均匀混合胶结物的颗粒进行筛选；
[0020](3)将上述步骤后的矿物颗粒装入压制模型，采用逐层装入，逐步加压的方式。
[0021]进一步，步骤(1)中的胶结物为A/B系列环氧粘合剂YY4250A/B，保持胶结物的含量约为矿物重量的5％左右，并且使胶结剂充分的粘附在矿物颗粒表面。
[0022]进一步，步骤(2)中将颗粒通过1000目的筛网。
[0023]进一步，步骤(3)中，分层将样品装入模具时，每次装入后将压力上升到 10MPa压制10min，如此循环，直至把模具填满。
[0024]进一步，所述步骤五对多组样品进行不同时间的压实中，根据下式计算上覆压力：
[0025]P
r
＝Hρg
[0026]式中，P
r
为上覆地层压力，单位为MPa；H为埋藏深度，单位为m；g为重力加速度，为9.8m/s2；ρ为地层的平均密度，为2.16～2.65g/cm3。
[0027]进一步，所述步骤六的Image J图像处理软件的操作过程如下所示：
[0028]①
灰度变换：将目标图片导入软件，对图片进行灰度变换；
[0029]②
灰度阈值设定：根据图片的灰度值调整图片阈值，使图片中呈现出粒径完整的几何形状，保持阈值集中在稳定的范围，根据阈值对颗粒进行提取；
[0030]③
自动去噪：手动对图片进行矫正，或者通过滤波，平滑图像的方式去除这些噪点，采用自动去噪的方式进行分析；
[0031]④
几何参数的获取：根据扫描电镜的放大倍数对图片设置合适的比例尺；对颗粒的几何参数进行计算，选择的项目包括颗粒粒径、扁平度、周长、等效椭圆周长、凸度，并对颗粒进行标定并计数；
[0032]⑤
导出数据：导出并转化数据，将所有的数据输出保存在Excel表格中，对数据处理后得到颗粒几何信息；识别的信息值分为颗粒的面积、像素值、X和Y 坐标位置，颗粒周长、宽度、长度、高度及角度、颗粒Feret直径、颗粒的圆度、颗粒球度及凸度参数。
[0033]进一步，所述步骤六的颗粒排列程度的计算模型为：
[0034]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：
[0035][0036]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。
[0037]将细粒岩值等效为颗粒排列熵、粒度熵和孔隙排列熵三者的平均值，权重系数均为1/3，如下所示：
[0038][0039]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。
[0040]进一步，所述步骤六的多尺度多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟重力作用下页岩颗粒形貌和位移演化过程的测定方法，其特征在于，所述模拟重力作用下页岩颗粒形貌和位移演化过程的测定方法包括：步骤一，从页岩岩心中提取干酪根作为有机组分实验材料，选择纯度为90％以上的脆性矿物和黏土矿物粉末作为无机组分实验材料；步骤二，选择HA
‑
YXZB
‑
II岩心制备仪作为实验设备；步骤三，将矿物颗粒进行烘干脱水处理，利用混合搅拌器进行均匀搅拌；步骤四，将混合后的矿物颗粒分层样品装入模具，每加入一层在上覆压力10MPa压制10min，然后再装入下一层矿物颗粒，直至把模具填满；步骤五，对样品压实20h后，将样品从模具中取出；步骤六，基于多尺度多视域扫描电镜鉴定技术，结合Image J软件分别对页岩样品颗粒的形貌特征及颗粒排列程度进行计算。2.如权利要求1所述的模拟重力作用下页岩颗粒形貌和位移演化过程的测定方法，其特征在于，所述步骤一中将石英、长石、方解石和黄铁矿作为脆性矿物实验材料，选择伊利石、蒙脱石、高岭石和绿泥石作为黏土矿物实验材料。3.如权利要求1所述的模拟重力作用下页岩颗粒形貌和位移演化过程的测定方法，其特征在于，所述步骤二中的实验设备分为自动控压系统和液压机两部分，施加的压力范围是0～60MPa；岩石磨具由底座、空腔、承压层组成，空腔为圆柱体。4.如权利要求1所述的模拟重力作用下页岩颗粒形貌和位移演化过程的测定方法，其特征在于，所述步骤三中的烘干脱水处理中，采用60℃～80℃恒温烘干24h。5.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：解馨慧，邓虎成，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：