N_(2)/CO_(2)混合气注入对页岩力学特性影响规律研究

工业废气经脱硫注氨处理后,气体主要成分为N_(2)/CO_(2)。基于减少能源消耗,利用页岩储层有效封存CO_(2)的思想,开展N_(2)/CO_(2)混合气注入对页岩力学特性影响规律研究。以四川省龙马溪组黑色露头页岩为试验研究对象,开展恒温恒压条件下,不同浓度配比N_(2)/CO_(2)混合气注入页岩试验,利用单轴压缩试验和巴西劈裂试验,分析N_(2)/CO_(2)混合气中CO_(2)浓度对于页岩力学特性的影响。研究结果表明:页岩试件经N_(2)/CO_(2)二元混合气浸泡后,混合气中随CO_(2)浓度的增加和相变,试件孔隙增长率呈现先增大后减小趋势,孔隙增长率为34.91%~110.6%;页岩试件的强度和泊松比先降低后增大,弹性模量先增大后降低,单轴抗压强度损失率为37.5%~69.1%,抗拉强度损失率为35.3%~85.4%,弹性模量增幅37.5%~54.7%,泊松比损失率为11.8%~20.6%;混合气中CO_(2)浓度和相态变化对页岩损伤强度有较大影响,损伤因子先增大后降低,页岩表现出明显脆性破坏特征,主要破坏模式为劈裂破坏。初步分析表明:页岩在混合气作用下孔隙结构发生改变。当CO_(2)为气态时,页岩吸附CO_(2),孔隙产生范德华力,使页岩基质膨胀,天然孔裂隙扩展,孔隙增幅加大,强度降低;当CO_(2)为超临界状态时,混合气中SC-CO_(2)(超临界二氧化碳)对页岩有机矿物质溶解能力,随SC-CO_(2)浓度增加而减弱,孔隙增幅降低,强度衰减率降低。混合气中SC-CO_(2)浓度为11.33 mol/L时,溶解有机质能力最强,页岩孔隙度最大,脆性最高,力学性质劣化效果最明显。