超临界CO_(2)强化页岩气开采及地质封存一体化研究进展与展望

为了解决我国页岩气开发过程中使用水基压裂液造成的耗水量大和储层伤害等问题,提出了超临界CO_(2)强化页岩气高效开发及地质封存一体化(CO_(2)-ESGR)的技术思路;从超临界CO_(2)压裂、CO_(2)与CH4竞争吸附及CO_(2)-水-页岩的相互作用着手,研究了超临界CO_(2)压裂裂缝扩展规律、CO_(2)驱替CH4热力学与动力学原理,以及CO_(2)提高页岩气采收率和CO_(2)地质封存的机理;然后,对CO_(2)-ESGR技术全生命周期碳排放进行了分析,进而对CO_(2)-ESGR技术做出了展望。研究结果表明:①超临界CO_(2)压裂在页岩气储层中起裂压力更低,能够形成更复杂的裂缝网络;②CO_(2)在页岩中的吸附能力和吸附有序性远高于CH4,可以有效置换出CH4,进而提高页岩气的采收率;③页岩储层具备规模化封存CO_(2)的巨大潜力,封存机理主要包括吸附和矿化反应封存,选择合适的储层,CO_(2)封存量可以抵消页岩气开发与利用全生命周期的CO_(2)排放量,从而实现页岩气开发与利用全过程CO_(2)零排放甚至负排放;④今后,需研发绿色环保的CO_(2)增稠剂或者CO_(2)物理增黏技术,以提高CO_(2)携砂能力,进一步揭示CO_(2)在页岩储层中的物理、化学封存机制,同时推进CO_(2)-ESGR技术在煤层气、地热等其他非常规能源高效开发及CO_(2)封存领域的应用。结论认为,CO_(2)-ESGR技术为我国非常规油气、地热资源绿色高效开发开辟了一条新途径,该技术能够助力我国2030年碳达峰和2060年碳中和战略目标的实现。