頁巖的力學(xué)性質(zhì)對于儲層的鉆完井設(shè)計(jì)、壓裂施工等都起著極為重要的影響。以下?lián)P子盆地古生代海相頁巖為研究對象,采用亞離子拋光儀器、高分辨率CT、掃描電鏡等設(shè)備對頁巖樣品處理及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,通過XRD技術(shù)得到頁巖的礦物組成;通過劃痕實(shí)驗(yàn)、單軸實(shí)驗(yàn)對頁巖的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測試;考慮巖樣松馳和微裂隙發(fā)育,測試加、卸載條件下頁巖的彈性模量和泊松比;通過多級三軸加載實(shí)驗(yàn)對頁巖的破壞規(guī)律進(jìn)行測試得到黏聚力和內(nèi)摩擦角等巖石力學(xué)參數(shù)。同時(shí),對其微觀性質(zhì),礦物組成,和抗壓強(qiáng)度彈性模量等巖石力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)評價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著圍壓的增加,頁巖的彈性模量和泊松比也不斷增加,在同一圍壓條件下,試樣在卸載過程中的泊松比比在加載的過程中大,彈性模量隨著圍壓的降低反而略有增加,但裂縫發(fā)育性頁巖具有不同的力學(xué)響應(yīng)模式。多級三軸實(shí)驗(yàn)表明,頁巖的內(nèi)摩擦角在40°以內(nèi),而脆性指數(shù)較高的頁巖破裂完全易形成裂縫網(wǎng)絡(luò)。上述研究為鉆完井設(shè)計(jì)及壓裂體積儲層改造提供重要參數(shù)。

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【部分圖文】：

圖1多級加載三軸實(shí)驗(yàn)裝置圖

匝鵅，D，E，H進(jìn)行多級加、卸載三軸實(shí)驗(yàn)，由系統(tǒng)記錄的軸向應(yīng)力、軸向變形及橫向變形數(shù)據(jù)，便可獲得試樣在不同圍壓條件下的巖石靜力學(xué)參數(shù)以及應(yīng)力–應(yīng)變特征。后文的各圍壓點(diǎn)均是增加圍壓到設(shè)定值后保持圍壓不變，繼續(xù)增加軸壓，加載時(shí)的測試應(yīng)變速率為1.27×10－4mm/s，破壞之后加載速....

圖2試樣CT圖像及拋光后的掃描電鏡(SEM)圖像

常規(guī)三軸實(shí)驗(yàn)一次僅能獲取一個抗壓強(qiáng)度的缺點(diǎn)，并且除了節(jié)省試樣外，測試時(shí)間和裝置占用率也大大減少[16-18]，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。圖1多級加載三軸實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.1Schematicviewofmultistagetriaxialcompressiontestingdevice....

圖3頁巖劃痕強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4頁巖應(yīng)力–應(yīng)變關(guān)系

巖石的抗壓強(qiáng)度。劃痕實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢在于不需要對試樣進(jìn)行加工，實(shí)驗(yàn)條件要求不高，且結(jié)果準(zhǔn)確，可以直接在現(xiàn)場進(jìn)行，并且不對試樣本身產(chǎn)生破壞。通過劃痕實(shí)驗(yàn)測試試樣F和G的結(jié)果如圖3所示，其強(qiáng)度取值范圍為53～79MPa，平均值在62MPa左右，說明MC–3具有較高的硬度，而求得的平均楊氏模....

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