超临界CO_(2)-水-页岩作用矿物溶蚀/沉淀特征及其对页岩吸附性的影响

阐明超临界CO_(2)与页岩相互作用物质成分和孔隙结构变化对于实现CO_(2)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CO_(2)(scCO_(2))-水-页岩反应、扫描电子显微镜(SEM)、低温N_(2)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Ca^(2+)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3.29~4.50 nm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D_(1)微弱增大,结构分形维数D_(2)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CO_(2)分子被极化,scCO_(2)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CO_(2)地质封存有重要启示作用。