石油学报

作者：代旭光, 桑树勋, 王猛, 刘世奇, 郑司建, 宋新贺, 师轩, 宋昱, 冯光俊, 全方凯

单位：1. 中国矿业大学江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室 江苏徐州 221008;2. 中国矿业大学碳中和研究院 江苏徐州 221008;3. 鸿灌环境技术有限公司 江苏苏州 215200;4. 南京晨光集团有限责任公司 江苏南京 210006;5. 中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室 江苏徐州 221008;6. 安徽理工大学安全科学与工程学院 安徽淮南 232001

关键词：页岩气储层,CO₂地质封存,超临界CO₂-水-页岩反应,矿物成分,溶蚀/沉淀特征

基金：代旭光,男,1991年8月生,2023年获中国矿业大学地质资源与地质工程专业博士学位,现为中国矿业大学碳中和研究院博士后,主要从事CO2地质封存、煤系非常规天然气地质相关研究。Email:18252430765@163.com

摘要： 超临界CO2(scCO2)反应会引起页岩的物质成分和储渗条件发生动态变化,但目前对于以溶蚀/沉淀等为特征的水-岩反应及其作用规律研究鲜有报道。基于高压水热反应实验装置和系列表征测试,分析了scCO2-水-页岩反应过程中页岩在化学组分、矿物成分、表面形貌和孔隙结构方面的变化特征,揭示了在CO2封存条件下页岩产生矿物溶蚀、离子溶出和沉淀作用的规律。研究结果表明:在短期反应过程中,页岩主要表现出溶蚀特征,其内方解石形貌发生改变,次生溶蚀孔发育;在长期反应过程,页岩仍以溶蚀作用为主,并在局部伴有碳酸盐沉淀现象。溶蚀过程主要受方解石的发育条件控制,方解石溶蚀导致页岩的孔体积和比表面积增大;沉淀过程受以伊利石和伊/蒙混层为代表的黏土矿物的影响,二者含量的增加会导致更多碳酸盐沉淀产生。scCO2-水-页岩反应总体上表现为一种以溶蚀作用为主、沉淀作用为辅的地球化学行为。在溶蚀/沉淀作用下,页岩的封存空间呈正向递增演化;方解石的溶蚀有利于提高页岩的封存能力;而黏土矿物可为CO2的矿化封存提供必要的阳离子。研究页岩在CO2封存中的溶蚀/沉淀特征有助于了解在CO2封存条件下的矿物-流体地球化学作用规律,对于揭示页岩的CO2地质封存机理和发展页岩气强化开采技术有重要的参考价值。

来源：2024年第12期

《石油学报》期刊编辑部

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