超临界CO₂对气化燃空区盖层烧变页岩力学性质影响规律研究

摘要

超临界CO₂对气化燃空区烧变围岩力学性质的影响规律是评估煤炭地下气化耦合CO₂封存（UCG-CCS）中CO₂泄漏风险的重要参数.针对目前国内外关于超临界CO₂浸泡作用下烧变围岩力学试验缺乏的问题，论文基于自主研发的超临界CO₂饱和增压装置，通过巴西劈裂试验以及单轴压缩试验研究了不同气化温度、不同超临界CO₂浸泡压力及时间作用下页岩的抗拉强度、单轴抗压强度以及裂隙破坏特征的变化规律.研究表明：烧变页岩质量减轻，且随着温度的升高，质量减轻幅度增大，烧变页岩的抗拉强度和单轴抗压强度呈阶梯状下降趋势；经超临界CO₂浸泡后，烧变页岩试件质量增加；超临界CO₂弱化了烧变页岩的抗拉强度、抗压强度和弹性模量，超临界CO₂浸泡后，抗拉强度和单轴抗压强度显著降低，随着浸泡压力的提升，烧变页岩抗拉强度逐渐降低，但降低幅度逐渐减小，抗压强度、弹性模量逐渐减小；随着浸泡时间的延长，烧变页岩的抗拉、抗压强度逐渐降低；随着气化温度、超临界CO₂浸泡压力和时间的提升，烧变页岩岩样的原生裂隙逐渐扩展，次生裂隙逐渐增多.构建了页岩抗拉强度-温度、浸泡压力和浸泡时间拟合函数与抗压强度-温度、浸泡压力和浸泡时间拟合函数.研究成果对于UCG-CCS选址及推广应用具有重要的理论及实践意义.

关键词

煤炭地下气化 / 超临界CO₂封存 / 烧变页岩 / 气化燃空区 / 力学性质

基金资助

国家自然科学基金面上项目(42174048); 国家自然科学联合基金重点支持项目(U24B2042); 江苏省优秀青年基金项目(BK20220158)