[发明专利]利用聚焦离子束-扫描电镜评价页岩天然微裂缝发育方法

说明书

本发明提供一种利用聚焦离子束‑扫描电镜评价页岩天然微裂缝发育方法，包括：获取大小适用于扫描电镜观察的岩石样品；对样品多个表面进行机械‑离子抛光处理，并分别编号；利用FIB对样品某一个表面随机位置进行等间距切割，拍摄统计不同截面上裂缝数量；重复FIB切割和裂缝密度的计算；将所统计的各个截面的裂缝面密度‑截面顺序在二维直角坐标系进行投点，并用平滑曲线连接；计算天然裂缝的面密度。该利用聚焦离子束‑扫描电镜评价页岩天然微裂缝发育方法利用扫描电镜观察统计实验解决岩石力学参数计算法对微裂缝表征尺度不足问题，所提出方法回避了基于矿物组分参数计算法的传递误差大的问题。

技术领域

本发明涉及材料科学、工程地质以及油气勘探技术领域，特别是涉及到一种利用聚焦离子束-扫描电镜评价页岩天然微裂缝发育方法。

背景技术

近年来由于页岩油气产量的快速增长，引发了全球范围内的研究热潮。其中关于页岩储集物性的研究是岩石油气储集和开发中的一个重要方向。页岩中主要发育纳米-微米级的孔隙，天然条件下这些孔隙的连通性极差，使得页岩油气不具备天然产能，需要经过人工造缝改造才能获得商业价值油气流。人工造缝效果很大程度上受到了页岩天然微裂缝发育程度的影响，因此页岩天然微裂缝密度是影响页岩油气产能的一个重要因素。。页岩储层中的天然微裂缝主要以纳米级～亚厘米级为主，目前评价岩石天然微裂缝发育密度的研究方法主要包括3类：(1)裂缝统计法、(2)基于矿物组分参数计算法和(3)基于岩石力学参数计算法。裂缝统计法是通过肉眼、光学显微镜以及扫描电镜对岩石进行观察，统计裂缝发育数量，进而计算裂缝发育密度。不同矿物力学性质的差异会导致页岩产生裂缝的能力存在差异，基于矿物组分参数计算法利用页岩中矿物的含量对页岩的力学性质进行计算，进一步通过力学性质参数(例如泊松比和杨氏模量等)计算页岩产生裂缝的能力，进而推算页岩中天然微裂缝密度。基于岩石力学参数计算法与基于矿物组分参数计算法原理相同，二者的差异在于力学参数的获得方式。基于岩石力学参数计算法所使用的力学参数来自于岩石力学实验，而基于矿物组分参数计算法所使用的力学参数是基于矿物组分数据的计算。二者相比，基于岩石力学参数计算法虽然具有更高的实验成本，但是由于降低了数据传递误差而具有更高的准确性。

通过对实验原理的分析可以发现3种方法在评价页岩天然微裂缝发育密度方面均存在一定不足：(1)裂缝统计法评价天然微裂缝发育密度的结果合理性不明。页岩天然微裂缝的发育受到页岩本身性质和外部环境共同影响，裂缝统计法所研究的裂缝是自然条件和人工诱导共同影响的产物，但在实际操作中往往无法有效地去除诱导裂缝的影响，因而评价体系中无法针对双变量甚至是多变量进行有效的计算分析，导致计算结果失去合理性。(2)基于矿物组分参数计算法计算误差大。该方法的核心是基于页岩本身性质计算分析页岩岩石力学参数。页岩本身性质除了受到矿物组分的含量影响还受到矿物的来源、矿物组合形式以及构造环境等影响。而基于矿物组分参数无法表征这些因素的影响，因而计算所得的岩石力学参数存在较大的误差，最终导致对微裂缝发育密度评价存在较大误差。除此之外基于矿物组分参数计算法同样存在结果合理性不明的问题。(3)基于岩石力学参数计算法表征尺度不足。该方法的基础数据来自岩石力学实验，这一类实验所能表征的裂缝尺度主要受到信号采集方式的影响。目前常用的信号采集方式主要为压力传感和声波信号采集。压力传感法采集裂缝信息需要岩石内部结构产生明显的断裂位移，表征裂缝的最小尺度为厘米级别。声波信号采集分为主动声源和被动声源两种，其中被动声源是通过采集岩石内部结构破裂时的声波来标注裂缝位置以及计算裂缝尺度。主动声源一般采用超声波作为声源，利用不同反射信号传递到探头的时间差，可以检查到内部的结构缺陷。利用声波信号表征裂缝的最小尺度为十几微米，无法表征页岩中所发育的纳米-微米级裂缝尺度。