[发明专利]一种通过细/微观力学测试来确定页岩宏观模量的方法

权利要求书

1.一种通过细/微观力学测试来确定页岩宏观模量的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）对平行于层理和垂直于层理两个方向分别钻取标准岩石样品a和样品b，测量并记录采集的样品a和样品b的直径及高度；

（2）对样品a和样品b进行单轴压缩试验，得到宏观尺度上的杨氏模量和泊松比；

（3）将单轴压缩试验后的样品a和样品b切割为四个20mm×10mm×5mm的切片，这四个切片分别为，a_V、b_V、a_P和b_P，其中a_V和b_V切片方向与层理平行，a_P和b_P切片方向与层理垂直；

（4）取步骤（3）中样品a和样品b切割后的残余样品进行X射线衍射得到样品的矿物组成；

（5）对四个切片a_V、b_V、a_P和b_P进行纳米压痕处理；

（6）进行过纳米压痕处理的四个切片a_V、b_V、a_P和b_P的压痕区域做原子力显微镜试验；

（7）对四个切片a_V、b_V、a_P和b_P进行矿物解离分析仪(MLA)试验，获得SEMT图像和矿物在页岩表面的分布和面积分数，通过对压痕区域的扫描确定压痕位置、矿物分布特征和相对含量，进而得出矿物含量、泊松比和弹性模量等参数；

（8）利用步骤（7）中所得的参数，利用Mori-Tanaka均一化方法将样品均匀化处理，以得到岩心尺度上的杨氏模量；

（9）将步骤（5）中通过纳米压痕试验所得到的弹性模量按Mori-Tanaka均一化方法进行放大处理得到微米尺度的均匀化杨氏模量；

（10）将步骤（6）中通过原子力显微镜（AFM）实验所得到的杨氏模量按Mori-Tanaka均一化方法进行放大处理得到纳米尺度的均匀化杨氏模量；

（11）将步骤（8）、（9）、（10）分别得到的岩心尺度上的杨氏模量、微米尺度的均匀化杨氏模量和到纳米尺度的均匀化杨氏模量进行比较，得出以下结论：纳米压痕试验和原子力显微镜（AFM）所得到的均匀化杨氏模量与单轴压缩试验得到的杨氏模量成正比关系，且原子力显微镜（AFM）试验得到的数据更接近单轴压缩试验得到的数据，即步骤（10）中原子力显微镜(AFM)和纳米压痕试验可完全用于测定岩心尺度下页岩的力学性能。

2.根据权利要求1所述的一种通过细/微观力学测试来确定页岩宏观模量的方法，其特征在于：步骤（4）的具体过程为：利用X射线衍射仪测定了整个岩石的矿物成分，将新鲜样品50 g粉碎成小于80目的粉末，并在玛瑙砂浆中研磨10g样品至300目；将研磨后的样品放置在X射线衍射仪上，调整适当的参数以获得矿物成分。

3.根据权利要求2所述的一种通过细/微观力学测试来确定页岩宏观模量的方法，其特征在于：步骤（5）具体过程为：

为获得不同组分准确的杨氏模量，考虑样品的非均匀特性，采用5*5cm的压痕隔板对样品进行测试，利用当量弹性模量E_r和泊松比ν，页岩的杨氏模量可通过公式计算出：

其中S是接触刚度，A是接触面积，E_i和ν_i分别表示压头的杨氏模量和泊松比值，β是压头几何常数，球形压头取1，玻氏压头取1.034，维氏压头取1.012；为消除样品不同测试区域TOC含量不同造成的影响，引入进行修正，是TOC的质量百分数。