【摘 要】
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二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）是应对温室效应,助力我国“双碳”政策实施的关键技术。利用超临界CO2强化页岩气开采已展示出广阔的应用前景,同时,低渗透性页岩储层有望成为CO2地质封存场所。润湿性作为影响CO2在储层中运移能力的关键物性参数,在CO2与页岩储层长期相互作用过程中会发生改变,进而影响页岩气采收率及CO2封存安全性,但目前CO2作用后页岩润湿性变化原因尚不清晰。因此,开展CO2作用对页
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二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）是应对温室效应,助力我国“双碳”政策实施的关键技术。利用超临界CO2强化页岩气开采已展示出广阔的应用前景,同时,低渗透性页岩储层有望成为CO2地质封存场所。润湿性作为影响CO2在储层中运移能力的关键物性参数,在CO2与页岩储层长期相互作用过程中会发生改变,进而影响页岩气采收率及CO2封存安全性,但目前CO2作用后页岩润湿性变化原因尚不清晰。因此,开展CO2作用对页岩润湿性影响机理研究,对实现人为调控润湿性以强化页岩气开采及和CO2长期地质封存具有重要意义。本文通过接触角测试和页岩自吸水实验对不同温压超临界CO2作用下页岩水润湿性进行表征分析,借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、核磁共振及傅里叶红外光谱仪测试页岩矿物组分、表面形貌、孔隙结构及化学基团变化情况,结合润湿性关键影响因素变化,揭示超临界CO2作用改变页岩润湿性机理。主要研究成果如下:（1）明确了超临界CO2作用后页岩水润湿性变化特征。超临界CO2作用会降低页岩水润湿性,且弱化程度在一定范围内随CO2温度和压力升高而加深,润湿性对CO2压力的敏感性高于温度。页岩孔隙结构润湿性表现为200-280 nm左右孔隙具有疏水性,而3-200 nm和280-1100 nm附近孔隙则表现出不同强度的亲水能力,为自吸水主要场所,超临界CO2作用后页岩部分孔隙自吸水能力被削弱。（2）得到了超临界CO2作用后页岩微观特征和化学基团变化规律。页岩所含化学基团主要来源于富。含的石英、硅酸盐和碳酸盐矿物,超临界CO2作用后页岩化学基团类型不变,只是含量发生改变,相较于压力,CO2温度变化对页岩化学基团含量影响更显著。页岩化学基团含量改变归因于矿物组分发生变化。超临界CO2作用后页岩石英相对含量增多,方解石相对含量减少,页岩孔径分布整体增大。（3）揭示了超临界CO2作用对页岩水润湿性影响机理。天然亲水性矿物石英对页岩润湿性影响最大,但CO2作用会削弱其固有亲水性,降低石英对页岩水润湿能力的贡献。CO2作用后页岩孔径整体增大,导致作为水进入页岩孔隙推动力的毛细管力减少,从而削弱水进入页岩基质的能力。GR分析显示与Si相关基团对页岩润湿性影响权重最大,超临界CO2作用后亲水性Si-OH和疏水性Si-O-Si含量比减少是页岩润湿性削弱的首要原因,其次是脂肪链长的增长及CO32-与水结合能力的减弱。羟基与润湿性相关性系数最高,但由于其相对含量很少,对页岩水润湿性作用较其余基团弱。本文研究成果可进一步丰富CO2作用下页岩润湿性变化相关理论,为利用化学试剂调控页岩润湿性提供理论依据,对提高页岩气产能和CO2地质封存安全性具有重要意义。
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