页岩有机质纳米力学性质研究进展

发布时间：2025-01-07 05:35

　　 页岩有机质纳米尺度下的力学行为目前不够明确且利用常规实验仪器无法准确获得,表征其纳米尺度下的力学性质,对于搭建微观-宏观岩石力学模型和实现高效水力压裂是极具现实意义的。基于近年国内外关于页岩有机质纳米力学性质表征等方面所取得的研究进展,总结了目前常用的表征技术、力学性质主要特征及主控因素。综合结果表明,纳米压痕和原子力显微镜是目前表征纳米力学性质常用的技术与方法,两者在精度、分辨率、设备技术等方面都存在各自的优势或缺陷;目前有机质纳米力学性质的测定主要集中在弹性模量和硬度,成熟度和温度在不同程度上改变着有机质的内部结构,从而改变其力学性质;提出了"多尺度""多技术""多角度""多学科"等工作设想与建议。

【文章页数】：14 页

【部分图文】：

图5 富有机质页岩压痕模量与硬度关系

经理论的推导和实验的证实[57-59]，压痕硬度升高，其压痕模量随之升高，当压痕硬度增加到一定范围后，压痕模量增加幅度减小，升高趋势变缓，在一定范围内的富有机质页岩的压痕模量和相应的压痕硬度具有良好的正相关关系（图5[49,56]），而且高成熟度的页岩压痕模量和压痕硬度都处于一个....

图1 纳米压痕法示意

纳米压痕通过对测试对象施加载荷使其产生破坏而达到测试目的，该技术凭借操作简易、力学参数求解方便、性价比高等优势，应用领域和范围较广。虽然该技术在一定程度上测定了有机质弹性模量的极限值[12]，但测试范围仅限一定区域内的离散点，所表征的仅为微米级而非真纳米级的力学性质，即存在分辨率....

图2 AFM法原理示意

与纳米压痕法相比，AFM的PeakForce模式不仅能对单个组分进行高精度、针对性的弹性模量测试，而且测试过程中探针的变形程度和受损程度非常小[12,20]。AFM在揭示页岩纳米级全方位的连续性力学性质方面能够表现出巨大的潜力，如弹性模量、抗断裂性、粘接性、疲劳强度、塑性应变、各....

图3 纳米压痕法与AFM弹性模量图的分辨率对比

图2AFM法原理示意3页岩有机质纳米力学性质主要特征

本文编号：4024573