煤田地质与勘探

作者：陈晨, 何邢益, 牛庆合, 于洪旭, 解翔宇,

关键词：CO₂地质封存, 地球化学反应, 纵波速度, 力学性质, 安全性,

深部煤层CO2地质封存与CH4强化开采(CO2–ECBM)技术在提高煤层气采收率的同时可实现碳减排，具有能源和环境双重效益。超临界CO2(ScCO2)、水和煤层顶板之间的地球化学反应可改变其物理力学性质，增加CO2泄漏的风险。以沁水盆地胡底煤矿3号煤层顶板岩石为研究对象，开展“ScCO2–水–岩”地球化学反应模拟实验，探讨CO2煤层封存条件下ScCO2–水–顶板岩样地球化学反应过程及其对岩石纵波速度和力学性质的影响。结果表明：ScCO2–水–岩之间化学溶蚀反应造成岩样Ca、Mg元素显著降低，促使岩样表面形成孤立状溶蚀孔，并随着反应时间的持续，进而形成大量的“溶蚀坑”和“溶蚀缝”；增加了岩样结构不连续性，使得声波传播路径增大、能量损失加剧，导致纵波波速降低；ScCO2–水–岩反应后岩样的峰值强度和弹性模量降低，泊松比升高，且三者之间的变化率与反应时间之间呈现Logistic函数的变化关系。对于胡底煤矿而言，ScCO2–水–岩反应过程中顶板力学性质的弱化不足以造成盖层的破裂和CO2泄漏，但在评价煤层CO2封存安全性时，还应考虑煤层吸附膨胀应力对顶板的影响。

来源：2021年第5期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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