煤田地质与勘探

作者：冯光俊, 王猛, 朱炎铭, 宋昱, 代旭光, 郑司建, 谢红, 尚福华,

关键词：超临界CO₂, 页岩, 孔隙结构, 分形, 吸附, 溶蚀/沉淀,

背景超临界CO2(ScCO2)强化页岩油气开采是一种有效的地质封存途径。ScCO2注入页岩储层会引发复杂的ScCO2−水−岩相互作用，导致页岩物质组分、纳米孔及吸附性能演变，这也是评价CO2封存效率的关键科学问题。方法以渝东南地区龙马溪组页岩为研究对象，开展ScCO2−水−岩作用模拟实验，综合运用X射线衍射、低压CO2/N2吸附、分形理论及等温吸附实验，探究ScCO2−水作用诱导页岩物质组成、纳米孔结构、分形非均质性及吸附性能的演变机制。通过控制ScCO2−水−岩作用时间、温度和压力，深入剖析CO2吸附封存效率的影响因素。结果和结论(1) ScCO2−水−岩作用过程中发生萃取溶解、溶蚀作用及离子置换反应，致使页岩总有机碳、碳酸盐和黏土矿物质量分数显著降低。随着作用时间和压力增大，页岩有机/无机组分质量分数变化愈加显著。(2)有机质萃取与矿物溶蚀作用增大了页岩纳米孔体积和比表面积。作用温度升高主要促进了0.9~1.5 nm的微孔发育，作用压力增大对微孔(<2 nm)和介孔(2~50 nm)均具有明显增容效应，并增强了孔隙结构非均质性。然而，随着作用时间延长，次生矿物沉淀并堵塞孔隙，其中微孔及其非均质性受沉淀减容影响尤为明显。(3)与亚临界CO2相比，超临界CO2−水作用后页岩对CO2的吸附能力和吸附速率呈现阶跃式增长。维持CO2超临界温压条件对提升页岩储层的吸附性能及封存效率至关重要，但长期封存过程中需重视次生沉淀堵塞孔隙对封存效率的劣化效应。研究成果可为ScCO2强化页岩油气开采及科学优化CO2地质封存效率提供理论依据。

来源：2026年第1期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

查看煤田地质与勘探杂志2026年第1期