Key words: shale, rock mechanics, nanoindentation, pore structure, finite element simulates

摘要： 页岩微观孔隙结构和细观力学特征表征对页岩气储量评价和压裂方案设计具有重要意义.采用纳米压痕点矩阵技术对龙马溪组页岩杨氏模量和硬度等力学参数进行测量,应用扫描电子显微镜和能量色散技术分析页岩孔隙特征,分析压痕形貌表面矿物,建立矿物组分—纳米压痕形貌—位移载荷曲线之间的关联,并采用有限元模拟孔隙/裂缝结构对纳米压痕的影响,提出基于位移—载荷曲线评价页岩孔隙度的方法,采用Mori-Tanaka和稀疏法对纳米压痕结果进行升格计算.主要结论如下:厘清了位移—载荷曲线突进特征与水平孔隙、混合孔隙和垂直孔隙的关联,发育水平孔隙处的岩石弹性模量较小,提出一种基于位移载荷曲线评价页岩孔隙度的方法,计算结果接近其宏观孔隙度 2.64%.龙马溪组页岩细观力学性质非均质性强,杨氏模量范围为22.5～51 GPa,平均为 41 GPa,硬度为 0.53～2.25 GPa,平均为 1.30 GPa.稀疏法的升格计算数值更接近于页岩单轴压缩数值.研究结果有望精细表征页岩孔隙结构与细观力学特征,为页岩压裂设计提供基础理论与科学依据.

关键词: 页岩, 岩石力学, 纳米压痕, 孔隙结构, 有限元模拟