基于微米压痕的页岩软化试验研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1页岩气是国家重要的能源物资，在开发页岩气的过程中会用到压裂液来制造裂缝并支撑裂缝。但是压裂液本身会对页岩有一定的侵蚀作用，造成裂缝开度减小，进而使页岩气减产。本次试验研究主要目的是通过微米压痕试验仪对未浸泡过压裂液的页岩和在高温高压条件下浸泡了压裂液的页岩的力学参数进行测量，对比不同浸泡时间下页岩的力学性能的变化规律，得出压裂液对页岩的侵蚀速率，并分析页岩被压裂液浸泡前后及浸泡不同时间后力学特征参数的变化，分析高温高压条件下页岩在压裂液浸泡前后流变性的变化规律，分析压裂液对页岩侵蚀软化的原理。对提高页岩气的产量有重大的意义。

1.2目前国内外对压入测试仪器和页岩的结构特征的研究非常普遍。对压入测试仪器的研究已经从最开始的只能测量杨氏模量到了现在的纳米级压入测量。已经研制出带有各种不同传感器的压入测试仪，集成技术方面也有了极大的提升。现在国内研制出了一种高精度仪器化压入仪，这种压入仪可以有效的消除试样倾斜，机架变形对测量真实压入深度的影响，解决了载荷测量的热漂移问题。在通过压入试验确定材料维氏硬度的精度过程中确定了“ma 方法”理论误差最小。在通过压入试验确定材料弹性模量的过程中确定了“ma 方法”有鲁棒性，最具有优势。在通过压入压痕确定材料硬度时，材料晶界pop-in现象对测量的硬度没有明显的影响，可以忽略。

对岩石进行高压加载时其断裂韧性随加载速率增大而增大，页岩的破裂具有各向异性且与层理方向有关，在单轴压缩时不同层理倾角的页岩破裂形式不同，在三轴压缩时的相同围压下，页岩强度随层理角度呈现出u型变化规律。页岩泡在压裂液中时还会发生水化作用，使其力学性质发生变化，超声波透射试验可以反映出页岩的水化规律。且页岩水化后的各种岩石力学特性如抗压强度，层理面强度，粘聚力等下降。页岩会发生水化的原因是页岩内部的微观结构中微孔隙产生的毛细管力使内部矿物水化，水化作用又促进次生微孔缝的产生扩展。页岩发生水化作用后，微裂缝会扩张形成微裂纹，然后形成宏观裂纹，最后破坏。水合力是页岩水化的主要因素。油基和水基的钻井完井液都能降低岩石的脆性，油基钻井完井液降低岩石的脆性的幅度更大。

2. 研究的基本内容与方案

基本研究内容主要有：

（1）页岩在高温高压压裂液中浸泡处理；

（2）页岩力学参数的微米压痕试验测试；

3. 研究计划与安排

第1－2周。整理及查阅页岩软化机理的相关中英文资料，在导师的指导下，对页岩岩样进行准备，并对所要研究的内容和方法形成清晰的思路。

第3－6周。完成毕业论文的开题报告，总结现有的研究方法和成果，完成文献综述撰写工作，岩样进行高温高压浸泡处理。

第7－10周。开展页岩力学参数的微米压痕试验测试，分析页岩力学特征参数的变化规律以及流变性的变化规律。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 邹才能等. 中国页岩气形成机理、地质特征及资源潜力[j]. 石油勘探与开发，2010，37(6).

[2] 康毅力等. 钻井完井液浸泡弱化页岩脆性机制[j]. 力学学报，2016，48(3).

[3] 马德军等. 材料维氏硬度仪器化压入方法准确度研究[j]. 中国测试，2015，41(10).