【摘要】：彈性模量是頁巖氣勘探開發(fā)尋找甜點(diǎn)的一項(xiàng)重要參數(shù),也是直接決定水力壓裂效果的重要指標(biāo)。由于頁巖通常具有極高的脆性,很難通過傳統(tǒng)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法來測定其彈性力學(xué)特征。為進(jìn)行彈性模量預(yù)測,采用最新的數(shù)字巖石物理手段,結(jié)合掃描電子顯微鏡成像、頁巖礦物質(zhì)組分定量確定和有限元數(shù)值模擬等方法,通過模擬頁巖數(shù)字巖心在線彈性范圍內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變的響應(yīng)過程,計(jì)算出頁巖數(shù)字巖心的有效彈性參數(shù),并通過對不同尺寸計(jì)算區(qū)域的模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證了此方法的取樣代表性。模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測井?dāng)?shù)據(jù)比對也證實(shí)了此方法的有效性。
【圖文】：

新疆石油地質(zhì)2016年內(nèi)層的過程中，會釋放出特征X射線光子，其光子能量與物質(zhì)原子核序數(shù)相關(guān)[7]。通過光信號接收器接收特征X射線光譜，能反映出電子束入射點(diǎn)處的礦物質(zhì)組分信息。對巖心樣品表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，可得到巖心樣品表面的礦物質(zhì)分布圖像。與傳統(tǒng)X射線衍射方法所得到巖心樣品礦物質(zhì)組分相比，此方法不僅可以得到定量的礦物質(zhì)組分，而且還能直觀再現(xiàn)礦物質(zhì)在巖心樣品表面的分布情況。通過對礦物質(zhì)分布圖像進(jìn)行多閾值分割，轉(zhuǎn)換成可輸入到數(shù)值模擬程序中進(jìn)行計(jì)算的數(shù)字圖像矩陣（圖1），矩陣中的每一個(gè)像素可看成是一種均勻單一礦物質(zhì)，通過標(biāo)號對應(yīng)其彈性參數(shù)。圖1通過多閾值圖像分割法轉(zhuǎn)換礦物質(zhì)分布圖像為數(shù)字圖像矩陣采用有限元模擬方法，將數(shù)字圖像中的每一個(gè)像素看作一個(gè)由均一礦物組成的各向同性彈性有限元，有限元符合線彈性力學(xué)胡克定律：è÷÷σxσyτxy=è÷÷÷÷E/(1-ν2)Eν/(1-ν2)0Eν/(1-ν2)E/(1-ν2)000E/(1+ν)è÷÷÷÷εxεyγxy.（1）式中，（σx，σy，τxy）是彈性有限元所承受的應(yīng)力矢量；（εx，εy，γxy）是在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變矢量；E和ν分別為礦物質(zhì)的彈性模量和泊松比[8]。在用有限元法模擬求解胡克定律方程組的過程中，先假定一個(gè)初始解，然后通過迭代算法，逐步從初始解向精確解逼近，最終滿足彈性體中的小勢能原理[9]，即當(dāng)彈性體在受到外應(yīng)力作用下達(dá)到應(yīng)力平衡狀態(tài)時(shí)，彈性體內(nèi)各個(gè)微小單元的應(yīng)變，一定使彈性體所具有的彈性勢能最小，即Epum=0.（2）式中，Ep為整個(gè)彈性體的彈性勢能，其表達(dá)式為Ep=1

?.197；垂直方向上的彈性模量為42.3GPa，泊松比為0.191.結(jié)果表明此區(qū)域具有較好的各向同性。為了進(jìn)一步檢測此礦物質(zhì)分布圖像對于整塊巖心的代表性，又選取了1200pixel×1200pixel區(qū)域進(jìn)行模擬。模擬結(jié)果顯示，在較大計(jì)算區(qū)域上，水平方向的彈性模量為43.3GPa，泊松比為0.181；垂直方向的彈性模量為36.5GPa，泊松比0.185.通過與600pixel×600pixel區(qū)域的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，，可以認(rèn)為600pixel×600pixel的計(jì)算區(qū)域已經(jīng)具備較高的代表性。彈性參數(shù)模擬的結(jié)果，還可以以計(jì)算區(qū)域圖像中的應(yīng)力場和應(yīng)變場分布來進(jìn)行展示。圖3展示的是600pixel×600pixel計(jì)算區(qū)域在受到水平和垂直2種表2研究區(qū)頁巖巖心樣品礦物質(zhì)分布圖像中礦物質(zhì)組分信息序號12345678910礦物石英伊利石鈉長石黑云母綠泥石黃鐵礦方解石白云母鉀長石孔隙密度（g/cm3）2.652.422.633.052.544.932.702.792.561.04彈性模量（GPa）94.538.669.033.8118.5305.981.677.472.10.28泊松比0.070.240.350.360.250.150.290.2500圖3研究區(qū)頁巖巖心樣品600pixel×600pixel區(qū)域內(nèi)計(jì)算的應(yīng)力分布圖2研究區(qū)頁巖巖心樣品1971pixel×1977pixel區(qū)域內(nèi)表面礦物質(zhì)分布·105·

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本文編號：2569557