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
代旭光1
王猛1
冯光俊2
郑司建3
任斌2
徐慎2
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;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 2211162.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 2211163.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
摘要：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.
关键词：CO2地质封存页岩气储层封存空间溶蚀和沉淀吸附性能
分类号：P618.13(矿床学)
资助基金：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省创新能力建设专项资金资助项目(2020ZDZZ01B)中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2020CXNL11)江苏省自然科学基金青年基金资助项目(BK20221147)
论文发表日期：2023-07-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 2813-2826 )
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