0 引言
1 实验部分
1.1 取样信息
表1 页岩样品有机质含量和矿物组分含量的关系[20-24]Table 1 The relationship between organic matter content and mineral composition content in shale samples[20-24] |
地层 | 样品编号 | 孔隙度/% | 渗透率/(10-3 μm2) | 有机质含量/% | 矿物组分含量百分比/% | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
石英 | 黏土矿物 | 碳酸盐矿物 | 其他 | |||||
龙马溪组 | LMX | 2.24 | 2.31 | 4.1 | 58.1 | 24.1 | 5.0 | 12.8 |
打屋坝组 | DWB | 1.9 | 3.3 | 1.4 | 29.9 | 50.9 | 9.2 | 10.0 |
牛蹄塘组 | NTT | 2.39 | 0.127 | 5.5 | 46.2 | 46.1 | 5.8 | 1.9 |
延长组 | YC | 1.96 | 0.067 | 1.9 | 47.6 | 40.1 | 10.0 | 2.3 |
|
1.2 超临界CO2 —水—岩处理系统
1.3 页岩表面微观结构定性分析实验
1.4 页岩微观孔隙结构定量表征实验
2 结果与讨论
2.1 超临界CO2—水—岩作用下页岩微观结构定性分析
图2 龙马溪组页岩超临界CO2 —水—岩作用前后微观形貌特征Fig.2 Microscopic morphology characteristics of Longmaxi Formation shale before and after ScCO2 -water-rock interaction |
图3 打屋坝组页岩超临界CO2 —水—岩作用前后微观形貌特征Fig.3 Microscopic morphology characteristics of shale in Dawuba Formation before and after ScCO2 -water-rock interaction |
图4 牛蹄塘组页岩超临界CO2 —水—岩作用前后微观形貌特征Fig.4 Microscopic morphology characteristics of Niutitang Formation shale before and after ScCO2 -water-rock interaction |
表2 CO2水溶液与部分矿物的化学反应Table 2 Chemical reaction between CO2 aqueous solution and some minerals |
原生矿物 | 化学反应方程式 | 次生矿物 | ||
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名称 | 化学式 | 名称 | 化学式 | |
方解石 | CaCO3 | CaCO3+ H+↔Ca2+ + HCO3 -[34] | — | — |
白云石 | CaMg(CO3)2 | CaMgCO3+4H+↔Mg2++Ca2++2CO2+2H2O[35] | — | — |
钠长石 | NaAlSi3O8 | ① 2NaAlSi3O8 +2 CO2(aq) + 3H2O ↔ 2Na+ + Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 +2HCO3 -[36] ② NaAlSi3O8 + CO2(aq) + H2O ↔ NaAlCO3(OH)2 + 3SiO2 [37] | 高岭石石英 钠铝石石英 | Al2Si2O5(OH)4SiO2 NaAlCO3(OH)2SiO2 |
钾长石 | KAlSi3O8 | 2KAlSi3O8 + 2H+ + H2O ↔ 2K+ + Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 [38] | 高岭石石英 | Al2Si2O5(OH)4SiO2 |
钙长石 | CaAl2Si2O8 | ① CaAl2Si2O8 + 2H+ + H2O ↔ Ca2 + + Al2Si2O5(OH)4 [39] ② CaAl2Si2O8+2CO2 + 3H2O → Al2Si2O5(OH)4 + CaCO3 [34] | 高岭石 高岭石碳酸钙 | Al2Si2O5(OH)4 Al2Si2O5(OH)4CaCO3 |
伊利石 | KAl2(OH)2AlSi3O10 | KAl2(OH)2AlSi3O10 + 10H+ ↔ K+ + 3Al3+ + 3SiO2 + 6H2O[35] | 石英 | SiO2 |
高岭石 | Al2Si2O5(OH)4 | Al2Si2O5(OH)4 + 6H+ ↔ 2Al3+ + 2SiO2 + 5H2O[38] | 石英 | SiO2 |
绿泥石 | Fe2.5Mg2.5Al2Si3O10(OH)8 | Fe2.5Mg2.5Al2Si3O10(OH)8 + 2.5CaCO3 + 5CO2 ↔ 2.5FeCO3 + 2.5MgCa(CO3)2 + Al2Si2O5(OH)4 + SiO2 + 2H2O[37] | 菱铁矿白云石 高岭石石英 | FeCO3MgCa(CO3)2 Al2Si2O5(OH)4SiO2 |
2.2 超临界CO2—水—岩作用下页岩微观孔隙定量分析
2.2.1 等温吸附/解吸曲线
2.2.2 孔径分布规律
图8 超临界CO2 —水—岩作用前后页岩孔径分布(微孔)Fig.8 Pore size distribution of shale before and after ScCO2 -water-rock interaction (micropores) |
图9 超临界CO2 —水—岩作用前后页岩孔径分布(介孔)Fig.9 Pore size distribution of shale before and after ScCO2 -water-rock interaction (mesoporous) |
表3 超临界CO2 —水—岩作用前后页岩微观孔隙结构参数Table 3 Pore structure parameters of shale before and after ScCO2-water-rock interaction |
样品编号 | 作用条件 | 低温N2吸附 | 低温CO2吸附 | ||||
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TSSA/(m2/g) | TPV/(cm3/g) | D/nm | TSSA/(m2/g) | TPV/(10-3 cm3/g) | D/nm | ||
LMX | 未处理 | 8.410 | 0.012 | 5.867 | 11.374 | 1.930 | 0.395 |
处理 | 4.113 | 0.009 | 8.449 | 7.264 | 1.160 | 0.390 | |
DWB | 未处理 | 9.935 | 0.014 | 5.735 | 7.960 | 1.020 | 0.409 |
处理 | 5.461 | 0.011 | 8.018 | 6.441 | 0.820 | 0.406 | |
NTT | 未处理 | 28.642 | 0.033 | 4.633 | 22.262 | 4.250 | 0.382 |
处理 | 9.970 | 0.020 | 8.061 | 17.939 | 3.190 | 0.382 | |
YC | 未处理 | 3.841 | 0.013 | 13.066 | 2.989 | 0.330 | 0.416 |
处理 | 3.369 | 0.012 | 13.866 | 3.425 | 0.430 | 0.411 |
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