低渗岩层中超临界CO2的地球化学反应运移机理研究

Geochemical interaction between CO2-water-low permeable rock and its influence and controlling on fluid transportation is one of the key problems considered in CO2 geological sequestration, CO2 enhanced shale gas recovery and oil recovery in low permeable reservoirs. By combing multiple methods including site investigation, laboratory experiment as well as numerical simulation, this proposal will cover the following contents:. (1) Accurately depicting the geochemical interaction and transport dynamic of supercritical CO2-water-low permeable rock system;. (2) Analyzing the changes of the physical properties of the low permeable rock and determining the significant influential factors;. (3) Exploring the dynamic and spatial-temporal evolution of CO2 in the low permeable rock;. (4) Building the geochemical reactivity and kinetics model and database of primary minerals in the supercritical CO2-water-low permeable rock system;. (5) Predicting and evaluating the injectivity and security of CO2 geological storage. . This research can systematically reveal the mineral variation induced by geochemical interaction between supercritical CO2 and low permeable rock and the corresponding changes of permeability, porosity, rock mechanical properties and chemical dissolution and precipitation. The research results will not only provide reference for long-term permanent storage site selection, guide CO2 enhanced gas recovery in shale and CO2 enhanced oil recovery in low permeable reservoirs, but also help to make up for the inadequacy of CO2 storage mechanism and enrich geochemical theory.

CO2在低渗岩层中发生的水-岩地球化学作用及其对运移规律的影响与控制，是CO2地质封存、页岩气驱替和低渗油田开采的关键性问题之一。本项目融野外调查、精密科学实验和先进数值模拟为一体，精确刻画超临界CO2—水—低渗岩层系统的化学作用过程与动力学，分析该过程对岩石物理性质的改变模式及重要影响因素，揭示CO2的动态运移和时空演化规律。建立关键性矿物在“超临界CO2-水-低渗岩层”系统中的溶解与沉淀地球化学动力学模型与数据库体系，预测和评价CO2封存的可注入性和安全性，为选择长期稳定的封存场地提供科学依据，为CO2驱页岩气、低渗-超低渗油田驱油提供理论依据和技术支持。该研究实验方法新颖，能够系统揭示超临界CO2与低渗岩层之间地球化学反应所引起的岩石矿物质改变，以及所导致的渗透率、孔隙度、力学性质和化学溶蚀性的变化。本项目成果将有助于弥补CO2地质封存在机理方面的不足，丰富地球化学理论

CO2在低渗岩层中发生的水-岩地球化学作用及其对运移规律的影响与控制，是CO2地质封存、页岩气驱替和低渗油田开采的关键性问题之一。本项目在全面调查我国页岩分布的情况下，首选鄂尔多斯盆地延长组页岩及长江中游宜昌地区水井沱组页岩为研究对象，首先基于数值模拟的研究方法，探讨了页岩中控制CO2动态运移的地球化学作用，分析了其中重要的影响因素，研究发现当CO2进入页岩后，首先会被物理捕获，以吸附态、气体或超临界态存在；而从长期来看，CO2会与页岩和地层水经过一系列地球化学反应而被永久储存在矿物态中，增加其封存稳定性和安全性；页岩气体吸附作用会降低CO2注入过程中储层的压力，影响CO2-水-页岩地球化学反应，进而影响到页岩储层的孔隙度和渗透率；气体吸附作用与CO2-水-页岩地球化学反应的影响表现出相互性，并受反应时间、页岩吸附性能、矿物组分如蒙脱石和绿泥石的反应速率与表面积等因素的影响；以上研究结论可为超临界CO2驱替页岩气和CO2封存安全性提供理论支持。基于页岩氧化溶蚀室内实验，识别了关键性矿物在页岩-氧化液系统中的溶解与沉淀地球化学动力学过程，研究表明该过程中的关键组分包括页岩中的碳酸盐矿物、黄铁矿、有机质等，该研究即为页岩氧化溶蚀增渗技术的实施提供了理论依据，又丰富了页岩地球化学数据库。最后基于TOUGH2计算框架，开发了CO2-N2-O2混合气体地质封存数值模拟器，同时利用该模拟器，建立了鄂尔多斯盆地神华CCS示范工程石盒子组地层CO2、N2、O2共注模型，揭示了杂质N2、O2的存在对CO2地质封存的影响机理，本部分研究内容的开展可为超临界CO2封存的长期安全性提供科学工具及依据。