超临界CO2-水-页岩作用矿物溶蚀/沉淀特征及其对页岩吸附性的影响

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 7; pp. 2813 - 2826
• Main Authors: 代旭光, 王猛, 冯光俊, 郑司建, 任斌, 徐慎
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 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 01.07.2023; 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; 中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221116%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; 中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221116%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
• Subjects: shale gas reservoirs; 溶蚀和沉淀; adsorption capacity; CO2地质封存; storage space; 封存空间; 吸附性能; CO2 geo-sequestration; erosion and precipitation; 页岩气储层
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.CN23.3265

P618.13; 阐明超临界CO2与页岩相互作用物质成分和孔隙结构变化对于实现CO2封存和提高天然气产量至关重要.目前有关矿物溶蚀导致的封存空间演化现象已被大量报道,然而对于次生沉淀发育及封堵特征知之甚少,且缺乏理论和实验支撑.利用四川盆地南部下志留统龙马溪组页岩,以超临界CO2(scCO2)-水-页岩反应、扫描电子显微镜(SEM)、低温N2吸附和等温吸附实验为主要研究方法,分析不同反应时长(6～30 d)矿物溶蚀/沉淀特征及其对页岩吸附性能的影响,揭示封存条件下流固界面动力学特征及孔隙结构演化规律.结果表明,反应后样品中钙质和钾质矿物质量分数随时间逐渐减少,溶液中Ca2+和K+离子质量浓度显著升高.反应过程导致方解石矿物显著被溶蚀,同时页岩表面也产生了较多的碳酸盐沉淀.溶蚀作用会扩大原有孔隙空间,造成3.29～4.50nm孔隙体积增加;沉淀作用会覆盖原生孔隙空间,导致孔体积增量减少.受溶蚀和沉淀作用影响,孔隙表面分形维数D1微弱增大,结构分形维数D2则为减小趋势,孔隙非均质性增强.总体而言,溶蚀作用会造成样品封存空间增大,导致更多的CO2分子被极化,scCO2流体与页岩相互作用相应增强,这是吸附量和吸附势增大的主要原因;沉淀作用前后样品吸附量和吸附势未发生显著变化,说明沉淀作用对页岩封存能力影响较弱.研究溶蚀和沉淀机制及其对封存空间的影响,对于实现高效、长期的CO2地质封存有重要启示作用.