[发明专利]页岩微纳米基质组构力学属性的检测方法和装置

说明书

本发明实施例提供一种页岩微纳米基质组构力学属性的检测方法和装置，其中，方法包括：对预先获取的页岩样品的表面进行剖光处理；对经过剖光处理的页岩样品的表面进行扫描观测，获得扫描电镜图；利用峰值压力定量纳米力学成像技术、通过在剖光处理后的页岩样品表面的偏斜扫描，获取每个像素点产生的相应力学曲线数据；根据所述力学曲线数据获取所述页岩样品的样品杨氏模量；控制原子力显微镜将所述样品杨氏模量在所述页岩样品的表面投点，获取杨氏模量图；应用图像特征点定位技术将所述杨氏模量图与所述扫描电镜图对应，获得用于表征微纳米级别镜下的页岩样品的力学属性。

技术领域

本发明涉及非常规油气勘探开发技术领域，尤其涉及一种页岩微纳米基质组构力学属性的检测方法和装置。

背景技术

页岩油气资源已经逐渐成为中国油气勘探开发的重要对象之一。页岩油气的勘探开发实践表明，页岩微纳米基质组构的力学属性控制着页岩的变形与破裂，对于页岩层位的压裂以及微观储层孔隙的保存机制均至关重要。

具体的，页岩基质组分复杂，包括黏土、石英、碳酸盐岩、黄铁矿等以及其他一些胶结物和有机质。页岩微纳米基质组构的力学属性控制着页岩的变形与破裂，但是，目前页岩基质对于机械应力的响应机制并没有对应的检测方法。页岩为自生自储型气藏，页岩气储集于页岩层系的微纳米孔隙当中，受原始沉积岩石组构及其相对应的成岩作用影响显著，其中，压实作用为重要的成岩作用，在上覆地层压力的作用下，页岩基质发生颗粒重排与变形，致使赋存的孔隙空间发生变化，影响了页岩储层的储集能力，同时基质的力学属性研究对于井眼稳定性与后期压裂改造亦具有重要意义。

然而，页岩微纳米基质组构的力学属性研究的滞后，制约了页岩储层储集能力的精确预测，进一步制约了页岩层位油气产量的估算。并且，由于页岩为细粒沉积物，其基质组构多介于纳米级别，故普通的机械应力检测装置无法完成页岩基质组构的力学属性检测，特别是页岩中有机组分的力学性质研究更少。

发明内容

本发明实施例提供了一种页岩微纳米基质组构力学属性的检测方法和装置，可以准确、有效地预测页岩中微纳米级别有机组分与无机矿物组分的力学属性，实现页岩层位油气产量的估算。

本发明实施例第一方面提供了一种页岩微纳米基质组构力学属性的检测方法，包括：

对预先获取的页岩样品的表面进行剖光处理；

对经过剖光处理的页岩样品的表面进行扫描观测，获得扫描电镜图；

利用峰值压力定量纳米力学成像技术、通过在剖光处理后的页岩样品表面的偏斜扫描，获取每个像素点产生的相应力学曲线数据；

根据所述力学曲线数据获取所述页岩样品的样品杨氏模量；

控制原子力显微镜将所述样品杨氏模量在所述页岩样品的表面投点，获取杨氏模量图；

应用图像特征点定位技术将所述杨氏模量图与所述扫描电镜图对应，获得用于表征微纳米级别镜下的页岩样品的力学属性。

如上所述的方法，根据所述力学曲线数据获取所述页岩样品的样品杨氏模量，包括：

根据所述力学曲线数据获取折减弹性模量；

根据所述折减弹性模量确定所述样品杨氏模量。

如上所述的方法，根据所述力学曲线数据获取折减弹性模量，包括：

获取所述力学曲线数据中的探针与样品表面间作用力、探针半径、表面原来位置、样品型变量以及样品表面粘着力；

根据所述探针与样品表面间作用力、探针半径、表面原来位置、样品型变量以及样品表面粘着力、利用以下的模型公式确定所述折减弹性模量；