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《地质科技情报》2021,40(3)
层状页岩的微观非均质性及力学各向异性对研究井壁稳定以及水力裂缝扩展形态具有重要意义。为了向页岩优化钻井、压裂工艺参数提供一定的理论和试验依据,对沿不同角度取心的页岩试样开展单轴压缩实验,配合场发射扫描电镜、原子力显微镜观测实验和波速测试等,研究龙马溪组层状页岩微观非均质性及力学各向异性特征,并讨论这些物理力学特征对水力裂缝形态的影响规律。结果表明:受层理面的影响,龙马溪组页岩呈现出较强的微观非均质性和宏观力学各向异性特征。具体的,微观孔隙结构特征方面,随着观测方向与层理方向之间夹角β的增大,微观孔隙结构的发育程度逐渐增加,说明气体的储集和空间呈增加趋势;宏观力学特征方面,单轴压缩条件下,随着加载方向与层理方向间夹角θ的增加,页岩试样的破坏模式从贯穿层理面的张拉破坏,先转变为剪切破坏,再变为劈裂-剪切混合破坏;龙马溪组层状页岩的单轴抗压强度、泊松比随着θ的增加呈现出先减小后增大的"U"形各向异性模式,弹性模量、横纵波速则逐渐减小,胶结程度较弱的页岩层理面会先于基质体发生破坏,进而显著影响岩石整体的力学性质;页岩微观非均质性及力学各向异性特征在一定程度上影响压裂过程中水力裂缝的扩展行为,以及停泵后压裂液的渗流路径。研究结果可为页岩压裂工艺参数优选提供一定依据。 相似文献
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单轴压缩下龙马溪组页岩各向异性特征研究 总被引：1，自引：0，他引：1
《岩土力学》2015,(9):2541-2550
层状页岩的各向异性在页岩气开采中十分重要,以龙马溪层状页岩为研究对象,对不同层理方向取芯、平行于层理面取芯的页岩进行了电镜扫描和单轴压缩试验。结果表明:页岩的微观描述、单轴压缩参数各向异性明显;应力-应变曲线属于Ⅱ类曲线,且5个阶段不明显;破坏类型主要有3种:0°~15°时为竖向劈裂型张拉破坏,30°~60°时为沿层理弱面的剪切滑移破坏,75°~90°时为穿切层理面的剪切破坏,取芯角度不同,对应的曲线之间差异较大。与层理面成30°时单轴抗压强度最小,0°和90°附近相对较大;弹性模量和纵波波速相关性较好,都随着角度的增加而减小;平行于层理面取芯的样品其横观各向异性不明显,可近似看作横观各向同性体;微裂隙发育、独特的破坏类型是造成各向异性的主要原因。 相似文献
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为深入研究不同埋深页岩储层的力学性质,对四川盆地焦石坝区块五峰-龙马溪组平行层理取心试样进行单轴压缩试验,总结了取样区段页岩试样的力学特性、强度规律以及破坏特征。实验及分析结果表明:该区块页岩呈现典型的脆性破坏特征,破坏形式以劈裂破坏为主、伴随部分或局部剪切破坏,并细分5种单轴压缩条件下的基本破坏形式;页岩抗压强度随埋深增加整体上呈现出两端低中间高的现象;随取心角度的增大,变形参数和抗压强度总体上均呈现出先增大后减小的趋势;对比分析了页岩试样力学参数的横向和纵向异性度,弹性模量和泊松比的横向及纵向异性度均在1.50附近,抗压强度的异性度显著高于弹性模量和泊松比的异性度;层理的影响是导致页岩强度及破坏方式差异性的主要原因之一,层理面在一定程度可以决定岩体的强度及破坏方式;水力压裂过程中,横向异性度大的层理面首先被打开,导致压裂通道沿层理面扩展,难以形成复杂裂缝网络,达不到理想的压裂效果,在施工过程中要避免此类层理面被打开。 相似文献
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通过录井、测井、地震、野外剖面与岩心资料的深入剖析, 探讨中上扬子地区下志留统页岩段的沉积相与总有机碳的关系, 预测页岩气有利勘探区。中上扬子地区下志留统龙马溪组为一套20～268 m厚的黑色页岩夹灰绿色泥质粉砂岩沉积, 在等时框架内自下而上可识别出2个三级层序即SQ1与SQ2, 它们分布稳定、可对比性好。下部层序(SQ1) 的海侵体系域(TST)发育一套有利于页岩气形成的富有机质页岩, 此时期呈现出“北面向次深海敞开、东西南三面受古陆围限、陆棚广布”的沉积格局, 深水陆棚相广泛发育, 面积为255000 km2, 平均厚度35 m。受海平面下降的影响, 从下部层序至上部层序水体变浅, 岩相从深水陆棚相黑色页岩向中-浅水陆棚相沙纹层理粉砂质页岩转变。岩相的发育受海平面升降、古陆、海底地形、物源供给等因素的影响, 岩相类型有碳质或硅质或钙质页岩、纹层状页岩、生物扰动粉砂质页岩、沙纹层理的粉砂质页岩、块状砂岩或介壳灰岩薄夹层5类。研究表明, 沉积相对富有机质页岩的形成具有内在的控制作用, 高TOC含量页岩发育于深水陆棚相、中陆棚相和潟湖相中。目前, 已有多口井在龙马溪组页岩获得工业气流, 揭示了该区良好的页岩气勘探前景;综合分析认为涪陵-赤水-仁怀、威远-长宁、鄂西-渝东为中上扬子地区下志留统页岩气勘探的主要方向和有利目标区。 相似文献
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为分析层理和水对页岩的抗拉强度特性的影响,现场选取龙马溪组黑色页岩制备成4种含水状态含层理页岩,沿与层理呈0°、30°、60°和90°夹角加载进行巴西劈裂圆盘试验,试验过程同步进行声发射测试,并采用离散元软件3DEC对试验结果进行数值模拟验证。结果表明,相比于含层理页岩,同时考虑含水和层理的页岩在巴西劈裂试验中有其独特的破坏模式和力学特性。含层理页岩的巴西劈裂破坏模式和抗拉强度均与层理角度和含水率有关,破坏模式主要受控于层理与荷载的加载方向,水虽不会影响其破坏模式但能够导致次生裂纹的形成。抗拉强度则表现出随层理角度的增加而先减小后增大,随含水率的增加而减小的趋势。并且,在页岩同时受水和层理损伤作用时,受层理损伤程度越大,水对其损伤程度也越高。通过对含层理不同含水率页岩的微观结构分析得到了上述变化规律的内在机制,即页岩层理面处的内部矿物颗粒遇水膨胀,产生膨胀力作用,使页岩内部结构变得松散、破碎,微裂纹逐渐增多、变宽,宏观表现为次生裂纹的增多,矿物颗粒间的黏结力也在水的作用下降低从而使页岩的抗拉强度下降。 相似文献
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本文主要探究了吉林省汪清地区油页岩的物理力学性质及裂缝起裂压力。首先用DNS300型电子万能试验机对油页岩进行了物理力学性质的实验研究,分析并得到了油页岩的各项基本物理力学性质参数的取值范围。其中在垂直层理方向：油页岩的抗压强度范围是21～30 MPa;抗拉强度范围是1.1～3 MPa;弹性模量范围是7.1～9.9 GPa;泊松比范围是0.21～0.27;剪切模量是3.4 GPa。在平行层理方向：抗压强度范围是13～17 MPa;抗拉强度范围是0.3～0.6 MPa;弹性模量范围是1.2～1.6 GPa;泊松比范围是0.31～0.36;剪切模量是0.5 GPa。依据实验结果,选取合适参数,理论计算了汪清油页岩的裂缝起裂压力,并通过真三轴水力压裂装置进行了油页岩水力压裂实验,表明汪清油页岩裂缝起裂压力为5.34 MPa。根据理论计算与实验结果,建议汪清油页岩现场水力压裂实验的起裂压力控制在4～6 MPa。 相似文献
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在大量文献调研的基础上,探讨了云南省页岩发育的地质背景,总结了页岩形成时代和特点,明确了勘探开发的目标层位,研究了潜质页岩的形成环境和分布规律.结果表明,下寒武统筇竹寺组、下志留统龙马溪组、上志留统玉龙寺组和上三叠统须家河组可作为勘探开发的重点层位.筇竹寺组潜质页岩主要形成于陆棚环境,主要分布在滇西保山地区、滇中北部、滇东、滇东北和滇东南广大地区;由于大规模海退,龙马溪组潜质页岩仅分布在滇西保山地区、滇中北部和滇东北北部地区;因为滇东及滇东北地区继续发生大面积海退,玉龙寺组潜质页岩局限于曲靖、马龙、昆明、澄江一线;须家河组潜质页岩形成于陆相环境,主要分布于滇中分区和滇西兰坪-思茅地区. 相似文献
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页岩气储层的岩石力学特性对压裂改造效果影响极大,开展页岩破坏机理、力学特性和脆性评价方面的研究,可以为页岩气开采中大规模体积压裂提供技术支持。本文对龙马溪组黑色炭质页岩进行单轴压缩试验,得到以下结论:（1）黑色页岩具有明显的层状薄片矿物结构,矿物主要成分为石英和方解石,结构面固有强度较高;（2）由于强结构面的影响,倾斜层理试件具有较高的弹性模量与单轴抗压强度,但是总体积应变量较小;平行或者垂直层理试件的弹性模量与单轴抗压强度较小,总体积应变量反而大;（3）随着层理倾角β的增大,层状页岩单轴压缩试验测得的起裂应力水平指标表现为"中间小两头大"的U型规律,即层理倾角为30°或60°时测量值较小,而0°或90°时较大;（4）岩石脆性是可压裂性的关键因素,层理角度为30°或者60°时,脆性指标较大,页岩的可压裂性更强,脆性指标的变化规律大致呈倒U型。本文的研究对评价页岩的可压裂性、提高压裂改造效果具有重要的现实意义和应用价值。 相似文献
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为研究层状红页岩细观破坏特性,采用DSTD-1000型电液伺服刚性压力机对不同层理倾角红页岩进行单轴力学实验,对碎屑进行SEM电镜扫描和XRD衍射实验,获取其力学参数、破坏特征、微观结构及成分相对含量。基于此,利用离散元PFC3D构建不同层理倾角红页岩数值模型,并进行单轴压缩实验来研究红页岩细观破坏特征。结果表明：(1)层理倾角θ=30°、45°、60°、75°时,试样沿层理方向破坏产生滑移面。(2)不同层理倾角试样的裂纹演化过程都呈缓慢增长阶段、加速增长阶段、趋于稳定阶段的变化情况,当θ=45°、60°、75°时,裂纹演化过程中单位应变产生裂纹数较多,导致试样迅速沿层理弱面滑移破坏。(3)细观裂纹赤平极射投影和岩石组构图表明,θ=0°、75°、90°时,微观裂纹倾向分布较为均匀,主要平行于或次平行于加载方向,加载破坏后表现出强烈的各向异性;15°≤θ≤60°时,微裂纹倾向逐渐向层理方向平行。(4)考虑裂纹演化特征的弹性模量法求解的裂纹萌生应力阈值为各层理峰值强度的36.6%～60.3%,裂纹损伤应力阈值为各层理峰值强度的75.1%～90.4%,与大量物理实验所求阈值范围吻合,表明此法... 相似文献
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《岩土力学》2017,(8):2203-2212
为揭示冻融循环作用对板岩弹性参数及单轴抗压强度的影响,采用DX-40型低温数控箱、DNS100微型控制电子万能试验机进行7种层理倾角(?)、6种冻融循环次数的单轴压缩试验,对其5个弹性参数、单轴抗压强度及破坏类型的变化规律进行分析。试验结果表明:板岩弹性模量、剪切模量和单轴抗压强度随冻融循环次数增加呈指数下降趋势,泊松比随冻融循环次数增加呈线性增加趋势;板岩单轴抗压强度随层理倾角增加呈先减后增的变化趋势;冻融循环作用下板岩破坏类型有3种:当0°≤?≤26.6°时,沿与竖直轴线呈一定角度方向发生剪切破坏;当26.6°≤?≤83.0°时,沿层理面发生剪切破坏;当83.0°≤?≤90°时,沿垂直方向发生劈裂破坏。在Jaeger单弱面理论的基础上,建立了以冻融循环次数和层理倾角为控制变量的板岩单轴抗压强度预测模型,并通过试验数据验证了模型的合理性,表明该模型能较好地描述冻融循环次数和层理倾角对冻融板岩单轴抗压强度的影响。 相似文献
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为了研究层状千枚岩的力学特性与各向异性特征,开展了不同层理倾角与不同围压下的千枚岩力学试验。对比分析了千枚岩试样强度、变形、脆性与破坏模式等各向异性特征。结果表明:(1)随着层理倾角β增加,岩样的强度、变形特征曲线形状呈U型;随围压增加,岩样强度及塑性增强,各向异性度逐渐减弱稳定。(2)采用多种强度准则描述岩样强度各向异性,其中Saeidi准则和改进Ramamurthy准则能很好地预测岩样在不同层理倾角下的抗压强度。(3)基于岩样峰前应力-应变曲线与能量特征提出了综合脆性评价指标,在层理倾角β=45°左右时,岩样脆性指标较低,更易发生剪切滑移破坏,得出脆性下降顺序为:沿层理面拉伸劈裂>穿层理面拉伸劈裂>沿层理面剪切>穿层理面剪切。(4)千枚岩的破坏模式与层理倾角和围压有关,单轴条件下,岩样劈裂破坏后易形成复杂裂纹网络;高围压下,岩样破裂后多形成单一的沿层理面或贯穿多层理面的剪切破坏。 相似文献
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受加里东运动影响,湖南下志留统地层主要分布在湘西北和湘中-湘南地区。随着构造运动、盆地演变和海平面下降,湖南早志留世岩相古地理也发生了巨大的变化。综合露头剖面、钻井岩心和岩石薄片的观察,结合数据分析和前人研究成果,在下志留统识别出比较典型的沉积相:湘西北主要发育陆棚、潮坪、三角洲等浅海相,湘中-湘南主要为深水浊积岩相。文中恢复了下志留统沉积演化,分析了龙马溪组黑色页岩发育特征及其受控因素,建立了页岩沉积模式。 相似文献
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川东南—鄂西渝东地区下古生界页岩气勘探前景 总被引：1，自引：0，他引：1
中上扬子地台发育2套重要的海相深灰色—黑色页岩,分别为下寒武统牛蹄塘组和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组,主要由富含黄铁矿、有机质或生物化石的黑色炭质页岩组成,厚度大、分布广。牛蹄塘组页岩有机质演化程度高、埋藏相对较深、钻井无天然气显示; 龙马溪组页岩有机质演化程度相对中等、埋藏深度适度、钻井天然气显示丰度高,特别是志留系其它粉砂岩层段可产工业性气流。因此,下志留统页岩更有利于研究区页岩气的勘探和开发,更加适合作为中国南方页岩气战略先导区的重点目标勘探层位。总体上,两套页岩在川东南—鄂西渝东地区出露范围广,有利于针对页岩展开相关研究,特别是背斜和向斜的翼部区是页岩气勘探最为有利的地区。 相似文献
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CO2压裂页岩储层时CO2-水作用损伤页岩微观结构,改变拉伸破坏特征与裂缝扩展模式。为研究CO2-水影响层状页岩拉伸破坏的微观损伤原因,设计了矿物含量测定、扫描电镜观察与巴西劈裂试验,对CO2-水作用前后龙马溪与长7段页岩试件的微观损伤、破坏特征与裂缝扩展进行研究。结果表明：CO2-水对层理的微观损伤作用较基质显著,层理黏土矿物脱水而体积减小,有机质被萃取收缩,纹层内产生沿层理分布的大尺寸(长度为10～30μm,开度为1～5μm)微裂缝,基质碳酸盐、长石等矿物被溶蚀,产生随机分布的小尺寸(长度小于1μm,开度小于0.5μm)微裂纹;CO2-水作用后页岩抗拉强度降低且各向异性增强,破坏模式变为拉剪混合破坏,垂直层理加载试件的剪切作用更强;CO2-水作用后层理对裂缝扩展的影响更大,垂直层理加载裂缝延伸被层理限制,裂缝沿层理方向水平扩展,平行加载裂缝扩展轨迹受层理约束,裂缝仅在层理扩展。 相似文献
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晚奥陶世-早志留世时的中上扬子地区,是一个周边被前陆隆起围限的浅海陆棚,沉积环境受武陵-雪峰及黔中前陆隆起带的控制.前隆间的隆后盆地为滞留、还原环境的海域,为黑色页岩沉积提供了空间.上奥陶统凯迪阶五峰组黑色页岩厚度薄而稳定,含笔石生物层和丰富的放射虫,沉积环境为浅海深水盆地;下志留统鲁丹阶龙马溪组下部的黑色页岩为五峰组的继承性沉积,其上部及埃隆阶的龙马溪组为向上变浅的沉积序列,由潮下带潮汐沙坝-潮坪环境黑色含粉砂质页岩、灰色粉砂岩薄互层所构成.沉积序列的变化和时空演化受边缘古隆起的制约.晚奥陶世前陆隆起范围小(平缓),至早志留世鲁丹期,前陆隆起不断扩大并导致盆内构造分隔,发育了大致与前隆平行的坳陷,造成龙马溪组黑色页岩厚度变化大;至埃隆期晚期,海平面相对下降,水体变浅.除个别地区外,中上扬子地区基本结束了黑色页岩沉积. 相似文献