納米尺度下頁巖破裂特征探究與發(fā)展
◎? 陳相霖
得益于水力壓裂技術(shù)的廣泛應(yīng)用,，我國目前已在四川盆地及周緣地區(qū)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模性商業(yè)化開發(fā),，建成了涪陵、威遠(yuǎn),、長寧-昭通等多個大型超壓頁巖氣田,，2023年頁巖氣產(chǎn)量已達(dá)250萬億立方米。與此同時,，頁巖的可壓性也成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同關(guān)注的焦點(diǎn),，其對最終的壓裂效果及開發(fā)成效具有重要影響。
頁巖可壓性評價的關(guān)鍵在于需要知道對頁巖施加多大的外力才能使其破裂,，因此首先要了解頁巖的硬度強(qiáng)弱,。然而頁巖的硬度并不是一個單純的物理量，它是由彈性,、塑性,、形變強(qiáng)度和韌性等多個類型力學(xué)參數(shù)組合的一種綜合指標(biāo),。那么地質(zhì)學(xué)家是如何研究“頁巖究竟有多硬”“需要施加多大的外力才能使頁巖破裂”“頁巖破裂后形態(tài)上發(fā)生了哪些變化”等一系列問題呢？
以往研究中主要通過單軸應(yīng)變模擬實(shí)驗(yàn),、三軸壓縮模擬實(shí)驗(yàn)等方法獲取相關(guān)的頁巖宏觀力學(xué)參數(shù)以回答上述問題,。近年來，隨著力學(xué)測試技術(shù)逐漸向精細(xì)化發(fā)展,，頁巖力學(xué)研究的尺度越來越小,，納米壓痕技術(shù)開始逐漸進(jìn)入了地質(zhì)學(xué)家的視野，為頁巖微觀力學(xué)屬性的研究提供了全新的視角,。
納米壓痕技術(shù)又被稱為深度敏感壓痕技術(shù),，可以在納米尺度上精確測量頁巖中不同礦物的力學(xué)性質(zhì)，通過控制上覆載荷變化,，實(shí)時測量壓痕深度,，其位移分辨率可達(dá)到納米級。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)測量得到載荷-位移曲線并對其進(jìn)行分析計算,，即可獲得納米硬度和彈性模量參數(shù),，測試結(jié)果不僅有助于地質(zhì)學(xué)家更深入地研究頁巖微觀力學(xué)行為，還能夠與其宏觀力學(xué)參數(shù)相關(guān)聯(lián),，從而更加全面地對頁巖力學(xué)特征進(jìn)行剖析,。當(dāng)頁巖所遭受的外力高于其自身所能承受的強(qiáng)度時就會發(fā)生形變，為了更好地揭示頁巖的形變機(jī)理,，還可以將納米壓痕技術(shù)與場發(fā)射掃描電鏡,、CT掃描等技術(shù)設(shè)備相結(jié)合，通過觀察,、刻畫納米尺度下頁巖變形前后的物理結(jié)構(gòu),、化學(xué)特征及力學(xué)性能差異，重構(gòu)頁巖內(nèi)部裂隙三維空間,，查明頁巖表面及內(nèi)部的破裂特征,，從而更加深入地了解頁巖的形變行為，從微觀視角揭示其破裂形變機(jī)理,。
盡管納米壓痕技術(shù)已經(jīng)為地質(zhì)學(xué)家研究頁巖微觀力學(xué)性質(zhì)提供了豐富的數(shù)據(jù)資料,，并與宏觀力學(xué)參數(shù)建立了聯(lián)系，但由于該項技術(shù)在微觀力學(xué)研究中的運(yùn)用起步較晚,，與其他先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段結(jié)合程度還不夠,，因此未來該項技術(shù)在擴(kuò)展應(yīng)用方面仍然具有較大的進(jìn)步空間。
?。ㄗ髡邌挝唬褐袊刭|(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心）
評論
已有條評論