超臨界CO2作用對頁巖微觀結(jié)構(gòu)及CH4、CO2吸附性能的影響研究.pdf

1、我國經(jīng)濟發(fā)展對天然氣資源的需求越來越大，導(dǎo)致我國天然氣對外依存度逐年上升，嚴重威脅我國能源安全。作為常規(guī)油氣資源的重要接替資源之一，我國頁巖氣可采資源量達25萬億立方米，高效開發(fā)頁巖氣對于緩解我國能源供需矛盾、保障能源安全意義重大。目前，頁巖氣開發(fā)技術(shù)主要為水力壓裂+水平井技術(shù)，然而該技術(shù)面臨存在水資源消耗量大，頁巖中的粘土礦物遇水易膨脹導(dǎo)致壓裂改造效果差等問題。超臨界CO2強化頁巖氣高效開發(fā)技術(shù)已表現(xiàn)出非常好的應(yīng)用前景，其基本思路是將

2、超臨界CO2代替水作為鉆井液和壓裂液用于頁巖氣儲層改造，保護儲層，利用頁巖對CH4和CO2吸附能力的差別驅(qū)替頁巖氣，提高頁巖氣采收率，同時實現(xiàn)CO2的地下封存。超臨界CO2注入儲層后，其與頁巖相互作用對頁巖微觀結(jié)構(gòu)以及CH4、CO2吸附特征的影響機理如何還不清楚，而這對于頁巖氣產(chǎn)能以及CO2封存潛力的預(yù)測十分重要。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴頁巖TOC含量測試，XRD衍射分析，F(xiàn)E-SEM掃描電鏡分析，低溫N2吸附法孔隙結(jié)構(gòu)表征結(jié)

3、果表明：相比于陸相頁巖，海相頁巖TOC含量較高，具有較豐富的納米孔隙系統(tǒng)和較大的比表面積和孔體積，富含脆性礦物、粘土礦物含量相對較低，更有利于壓裂改造。⑵不同溫度條件下(35℃、45℃和55℃) CH4和CO2吸附實驗表明：海相頁巖的平均吸附量遠高于陸相頁巖。Langmuir模型、Ono-Kondo模型、D-R模型和D-A模型對實驗數(shù)據(jù)的擬合分析比較結(jié)果表明：D-A模型對氣態(tài)CH4和CO2吸附具有最高的擬合精度，Langmuir模型也能

4、較好的描述頁巖的吸附行為；而對于超臨界態(tài) CO2吸附，Ono-Kondo模型擬合精度最高。頁巖等量吸附熱計算結(jié)果表明CH4和CO2在頁巖中主要以物理吸附為主，不同頁巖CO2的等量吸附熱比CH4平均高出3.72~4.86kJ/mol。⑶結(jié)合langmuir參數(shù)探討了影響頁巖吸附量的主要因素。發(fā)現(xiàn)頁巖 TOC含量、比表面積、總孔體積、微孔體積和實驗壓力與頁巖吸附量之間呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，溫度與吸附量成負相關(guān)關(guān)系，粘土礦物含量與頁巖吸附量相關(guān)

5、性不明顯，不同頁巖樣品對CO2吸附量為CH4的1.76~8.61倍。⑷超臨界CO2(8、12、16MPa)作用前后頁巖的低溫N2吸附、KBr-FTIR紅外光譜測試以及CH4、CO2吸附實驗結(jié)果表明：隨著超臨界CO2作用壓力的增加，頁巖樣品對CH4和CO2吸附能力均有明顯下降，主要原因在于超臨界CO2作用后，頁巖中部分有機質(zhì)和礦物被溶解，加之 CO2吸附導(dǎo)致的膨脹效應(yīng)，使得頁巖孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，頁巖總比表面積、微孔比表面積和微孔體積降低