Пермские ученые нашли способ получить более подробную информацию о сланцевых породах

Сланец представляет собой смесь обломочных частиц различных минералов. Обычно он характеризуется низкой пористостью, проницаемостью, обилием глинистых веществ и хорошо развитыми плоскостями напластования, когда друг на друга накладываются уплотненные слои осадочных пород. Это приводит к выраженной анизотропии механических свойств сланца – их неоднородности внутри одной среды, когда в разных направлениях их значения отличаются.

Для изучения механических свойств горных пород производится отбор керна из наклонно-направленных скважин. Это довольно дорогостоящая и трудоемкая операция, и в случае сланцевых коллекторов при горизонтальном бурении она не подходит. Проблему решает применение современной технологии микроиндентирования – для исследования механики горных пород она требует небольшое количество материала. Само испытание проходит путем вдавливания в поверхность образца специального инструмента — индентора. Он позволяет качественно измерить механические свойства частиц минералов на микроуровне.

«На сегодняшний день с помощью этой технологии исследована анизотропия сланца в нано- и макромасштабе. Но между ними существует большой разрыв, так как на микроуровне таким способом неоднородность минерала почти не рассматривалась. И мы даже не можем ответить, отличается ли анизотропия этого минерала в нано-, микро- и макромасштабе, хотя такая информация может значительно отразиться на проведении различных мероприятий.

Большинство исследований сосредоточены на частичных механических свойствах одного типа конкретного сланца, а сопоставление с другими типами не проводилось, — объясняет Дмитрий Мартюшев, профессор кафедры «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ, доктор технических наук.

Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из Китая собрали образцы сланца из трех месторождений и детально исследовали их основные механические свойства и анизотропию с помощью микроиндентирования. Процесс состоит из трех основных фаз. В первой инструмент проникает в образец с заданной скоростью, потом пиковая глубина вдавливания удерживается в течение заданного времени, и индентор разгружается обратно. В это время система мониторинга регистрирует все показатели. Для каждого сланца ученые проводили более 50 таких индентаций.

«Таким способом мы определили и проанализировали значения твердости, модуля упругости, прочности, разрушения и хрупкости для каждого образца в двух направлениях. После сравнения анизотропии этих механических свойств мы выявили определенную связь между ними и содержанием хрупких и глинистых минералов. Результаты испытаний полезны для бурения новых скважин и планирования гидравлического разрыва в сланцевых горных породах», — поделился Дмитрий Мартюшев.

Исследование ученых Пермского Политеха и Юго-Западного нефтяного университета Китая способствуют пониманию механики поведения сланцевых пород, что влияет на развитие всей нефтяной промышленности. Полученные результаты могут использоваться для решения ряда геологических задач, в том числе для изучения структурных особенностей минерала в процессе поисков месторождений и разработки рекомендаций при планировании различных мероприятий воздействия на пласт. 

Статья с результатами опубликована в журнале Bulletin of Engineering Geology and the Environment. Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая, Программы подготовки научных кадров в китайских университетах и Минобрнауки России.

ПНИПУ

891 статей

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.

Показать больше