超临界CO2-H2O-盖层相互作用对深部煤层盖层封闭能力的影响

liangwei2020

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我们对沁水盆地的盖层样品进行了超临界CO2（ScCO2）-H2O相互作用的模拟实验，探讨了CO2注入对深部不可采煤层盖层封闭能力的影响。研究了超临界co2-H2O处理后盖层矿物组成、孔隙裂隙结构、渗透率及力学性质的变化。这些结果表明，超临界CO2-H2O-岩石相互作用导致接触面上形成溶蚀孔隙，大孔隙体积和渗透率显著增加，而次生矿物的沉淀可以阻止CO2在反应后期进入岩石。受ScCO2-H2O-岩石相互作用的影响，完整盖层的封闭能力先降低后略有变化。盖层的完整性决定了CO2地质封存的安全性。然而，天然裂缝和诱发裂缝都为二氧化碳泄漏提供了通道。ScCO2-H2O处理60d后，岩石抗压强度降低36%，韧性提高。
因此，在应力变化和ScCO2-H2O-岩石相互作用下，盖层中新裂缝的形成和原有断层的重新开放可能发生在损伤之前。高压超临界CO2-H2O压裂液使裂缝内的断层泥和颗粒破碎脱落，使盖层裂缝明显扩大，增加了CO2泄漏的风险。因此，应选择盖层厚度大、完整的深部煤层，以提高CO2地质封存的安全性。此外，必须考虑CO2注入压力，以防止由于长期ScCO2-H2O相互作用的软化效应而形成额外的裂缝和发生岩石破坏。