基于ScCO₂—水耦合作用的页岩微观力学特性分析——以四川盆地龙马溪组露头页岩为例

摘要

超临界二氧化碳（ScCO₂）技术具有高效压裂增产与有效保护储层等特点，成为页岩气绿色高效开发的优势方案。为研究ScCO₂—水耦合作用对页岩微观力学性质的影响，对四川盆地龙马溪组露头页岩进行干燥、水湿及ScCO₂—水耦合处理，应用纳米压痕连续刚度实验测试弹性模量与硬度；采用能量分析法与扫描电镜观测实验确定页岩断裂韧性，分析微观力学参数间的关系；应用X线衍射与扫描电镜实验，揭示矿物组分对力学特性的影响规律。结果表明：受水湿与ScCO₂—水耦合作用影响，页岩发生明显的弹性损伤，弹性模量、硬度与断裂韧性下降显著，降幅分别为14.01%、20.99%和16.30%;弹性模量、硬度与断裂韧性的理论计算结果与实验结果拟合呈一致的线性正相关关系。龙马溪组页岩具有高脆性矿物含量比，由ScCO₂—水耦合作用引起的钙质与硅质矿物溶解沉淀，导致页岩基质损伤加剧、弹性指数下降、脆性指数增大。该结果为页岩微观力学性质表征及CO₂提高采收率措施设计提供参考。

关键词

页岩 / 纳米压痕 / 超临界二氧化碳 / ScCO₂—水耦合作用 / 微观力学参数 / 断裂韧性 / 龙马溪组 / 四川盆地