開展微米壓入實(shí)驗(yàn)主要是考慮到在鉆遇頁巖層段以及深井和水平井等復(fù)雜井段,由于頁巖的發(fā)育特征,以及頁巖脆性易裂性等巖石特性,進(jìn)行宏觀巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)需要的完整巖心獲取難度大,微米壓入實(shí)驗(yàn)測試巖樣則可以利用巖屑及碎巖塊進(jìn)行制備,彌補(bǔ)了宏觀實(shí)驗(yàn)取心的難題。對于頁巖儲集層,鉆完井過程中經(jīng)常遇到頁巖水化的現(xiàn)象,首先是由于水化導(dǎo)致頁巖結(jié)構(gòu)發(fā)生變化引起井壁失穩(wěn)問題;此外,對于水力壓裂開采頁巖氣的壓裂裂縫會(huì)造成一定程度的封堵和弱化,導(dǎo)致頁巖氣產(chǎn)量下降,所以本文通過巖石力學(xué)參數(shù)測量對頁巖軟化特性進(jìn)行初步研究。針對測試材料頁巖的非均質(zhì)性以及壓入時(shí)存在彈塑性過度現(xiàn)象,本研究選擇基于名義硬度和壓入比功確定材料彈性模量的方法計(jì)算楊氏模量和硬度值,測量結(jié)果穩(wěn)定可靠。在計(jì)算斷裂韌性的方法選擇上,引用了純塑性能和裂縫擴(kuò)展所產(chǎn)生的斷裂能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,比傳統(tǒng)的載荷-壓痕裂紋擴(kuò)展長度所得數(shù)據(jù)更加精確和可靠。通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)水平層理面的巖樣測試結(jié)果所得平均值,硬度2.4 Gpa,楊氏模量47.74 Gpa,斷裂韌性2.58 MPa.m0.5;垂直層理面的測試結(jié)果為硬度1.96 Gpa,楊氏模量41.79 Gpa,斷裂韌性1.84 MPa.m0.5。水平層理面所測得力學(xué)參數(shù)均大于垂直層理面所測參數(shù),頁巖微米壓入力學(xué)參數(shù)存在各向異性;(2)頁巖測試巖樣的硬度、楊氏模量,隨浸泡處理時(shí)間的延長均具有減小的趨勢,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出參數(shù)下降的數(shù)值和比率在浸泡3天、7天和15天數(shù)值較大,21天后趨于平穩(wěn)。(3)頁巖測試巖樣的斷裂韌性,隨浸泡處理時(shí)間的延長具有增加的趨勢,這是由于頁巖水化軟化后,脆性降低塑性增加,會(huì)影響巖石壓裂和巖石裂縫擴(kuò)展。
【學(xué)位單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE37
【部分圖文】：

頭幾何形狀的常數(shù)，對于 Berkovich 壓頭，ε = 0.75；S 為材料的彈性模量可通過下式計(jì)算：iEvEvEi22r1-11- (5) 和 v 分別為測試材料頁巖的彈性模量和泊松比，Ei和 vi分模量和泊松比。對于金剛石壓頭，Ei=1141 GPa 和 vi=0.07。約化彈性模量，通過下式計(jì)算：SAEcr 2 (6)Ac是納米壓痕實(shí)驗(yàn)曲線中到達(dá)最大荷載和最大壓入深度時(shí)深度 hmax的函數(shù)，可通過對已知彈性模量的材料進(jìn)行納米是接觸剛度，可通過納米壓痕實(shí)驗(yàn)卸載段初始點(diǎn)的斜率計(jì)

圖 2.2 微米壓痕典型荷載—位移示意圖Fig. 2.2 Micro-indentation typical load-displacement diagram圖 2.3 微米壓入測試示意圖Fig. 2.3 Microindentation test schematic

- 10 -圖 2.3 微米壓入測試示意圖Fig. 2.3 Microindentation test schematic入比功確定彈性模量法在各類商業(yè)納米壓入儀等微區(qū)力學(xué)測材料也存在一定的限制和精度問題。O壓入點(diǎn)周圍凹陷變形的材料時(shí)，測量數(shù)凹凸不平或者鼓凸時(shí)測量數(shù)據(jù)偏差較大基于線彈性小變形假設(shè)，而無法準(zhǔn)確針
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本文編號：2872243