SiO₂纳米粒子对CO₂地质封存页岩盖层突破压力的影响

摘要

以鄂尔多斯盆地刘家沟组页岩盖层为研究对象，在页岩盖层所处的温压条件下，试验研究随CO₂拌注不同质量分数纳米SiO₂（SNPs）对页岩盖层突破压力的影响，并对页岩盖层岩石在突破试验前后的孔隙度、渗透率进行对比分析。采用扫描电镜对比试验前后岩样的微观孔隙结构与微观形貌，计算试验过程中SNPs-CO₂流体密度和黏度，明确随CO₂拌注不同质量分数SNPs对盖层封堵能力的影响，以深入揭示SNPs强化盖层封堵能力的潜力及机制。结果表明：SNPs能有效封堵页岩盖层中的孔隙和裂缝，降低岩石的孔隙度和渗透率，增大盖层岩石突破压力，增强盖层封堵能力；随纳米流体中SNPs的质量分数增加，含裂缝和不含裂缝岩心的突破压力增大，孔隙度与渗透率均减小；SNPs在一定注入质量分数范围内分布较为均匀，可在盖层孔隙表面形成有效保护层，增强盖层封堵能力；SNPs-CO₂流体密度较纯CO₂大，会限制CO₂向盖层岩石的迁移，减少CO₂与盖层岩石的相互作用；SNPs-CO₂流体黏度较纯CO₂大，会降低流体在盖层中的渗透能力并增加其在盖层中的流动阻力；储层孔隙度与渗透率均高于盖层，且SNPs-CO₂流体黏度与密度增大对流体在储层和盖层中的运移影响不大，因此SNPs对CO₂在储层中的运移情况影响较小。

关键词

CO₂地质封存 / 纳米SiO₂ / 突破压力 / 盖层 / 封堵能力