页岩气开采过程中的主要挑战之一是低采收率。其原因是对孔隙系统的认识不足,特别是孔隙特性随储层条件的变化及生产实践调整。由于生产井的压力可控,因此了解压力变化对孔径分布和甲烷捕获的影响有助于设计提高采收率的最优条件。本文研究工作首次系统研究了单轴和静液应力高达100MPa时页岩亚毫米孔隙的变形。采用中子散射(SANS和USANS)技术分析了中泥盆纪Marcellus页岩过成熟样品,分析了纳米孔对水力压裂处理中不同强度和持续时间的应力循环的响应。本文的实验是在一系列单轴压力高达100MPa和氘化甲烷0和50MPa静液压力下进行的。页岩样品的原始埋深为2184m,该处静水压力约为27MPa,岩石静压力约为55MPa,实验条件较好地模拟了储层压力状态。SANS和USANS结果表明,单轴应力对不同孔径有不同的影响。在1~800nm的孔径范围内,孔隙密度随压力的变化呈下降趋势,其中约100nm的中孔最明显。这些减少可能与干酪根的变形、纳米孔体积减少及微孔中捕获甲烷有关。对于大于5μm的孔隙,USANS数据表明,在大于74MPa时,随着应力的增加,大孔隙的数量密度可能会增加,甚至超过初始值。高压下大孔数量的增加可能会为气体运移创造新的通道,从提高采收率。本研究的另一个重要发现是在压力循环后孔径分布发生了不可逆的重排,在追求油气井最大采收率的过程中,应考虑这种不可逆的孔径分布重组。