超臨界CO2作用對(duì)頁(yè)巖微觀結(jié)構(gòu)及CH4、CO2吸附性能的影響研究.pdf_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)天然氣資源的需求越來(lái)越大,導(dǎo)致我國(guó)天然氣對(duì)外依存度逐年上升,嚴(yán)重威脅我國(guó)能源安全。作為常規(guī)油氣資源的重要接替資源之一,我國(guó)頁(yè)巖氣可采資源量達(dá)25萬(wàn)億立方米,高效開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣對(duì)于緩解我國(guó)能源供需矛盾、保障能源安全意義重大。目前,頁(yè)巖氣開(kāi)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(yè)巖中的粘土礦物遇水易膨脹導(dǎo)致壓裂改造效果差等問(wèn)題。超臨界CO2強(qiáng)化頁(yè)巖氣高效開(kāi)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(yè)巖氣儲(chǔ)層改造,保護(hù)儲(chǔ)層,利用頁(yè)巖對(duì)CH4和CO2吸附能力的差別驅(qū)替頁(yè)巖氣,提高頁(yè)巖氣采收率,同時(shí)實(shí)現(xiàn)CO2的地下封存。超臨界CO2注入儲(chǔ)層后,其與頁(yè)巖相互作用對(duì)頁(yè)巖微觀結(jié)構(gòu)以及CH4、CO2吸附特征的影響機(jī)理如何還不清楚,而這對(duì)于頁(yè)巖氣產(chǎn)能以及CO2封存潛力的預(yù)測(cè)十分重要。
  本研究主要內(nèi)容包括:⑴頁(yè)巖TOC含量測(cè)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(yè)巖,海相頁(yè)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(duì)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(shí)驗(yàn)表明:海相頁(yè)巖的平均吸附量遠(yuǎn)高于陸相頁(yè)巖。Langmuir模型、Ono-Kondo模型、D-R模型和D-A模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合分析比較結(jié)果表明:D-A模型對(duì)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(yè)巖的吸附行為;而對(duì)于超臨界態(tài) CO2吸附,Ono-Kondo模型擬合精度最高。頁(yè)巖等量吸附熱計(jì)算結(jié)果表明CH4和CO2在頁(yè)巖中主要以物理吸附為主,不同頁(yè)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(yè)巖吸附量的主要因素。發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖 TOC含量、比表面積、總孔體積、微孔體積和實(shí)驗(yàn)壓力與頁(yè)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(fù)相關(guān)關(guān)系,粘土礦物含量與頁(yè)巖吸附量相關(guān)

5、性不明顯,不同頁(yè)巖樣品對(duì)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(yè)巖的低溫N2吸附、KBr-FTIR紅外光譜測(cè)試以及CH4、CO2吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著超臨界CO2作用壓力的增加,頁(yè)巖樣品對(duì)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(yè)巖中部分有機(jī)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(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,頁(yè)巖總比表面積、微孔比表面積和微孔體積降低

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