CO2与粘土相互作用的机理及其对盖层密封性的影响研究

CO2 geological storage (CGS) is an emerging technology with a potential for large-scale reduction of CO2. After CO2 was injected into subsurface reservoir, it was sequestrated by mechanisms of dissolution, adsorption, and mineralization, and sealed by caprocks. Caprocks that are suitable for CGS are claystones, for example, shale and mudstone. Clay minerals in caprock interact easily with CO2 by adsorption, especially in the presence of water. The interaction between clay minerals and CO2 may affect the sealing of the caprock, thereby affecting the secruity and stability of CGS project. In this study, firstly, the method combining microscopic experiment, molecular dynamics simulations, laboratory experiment and theoretical analysis will be used to study the mechanisms of CO2 interaction with clay and its impact on the sealing of the caprock, and then a theoretical relationship will be established. We also will analysis the implications of CO2 induced sealing changes on CGS project. The results of this stody will provide theoretical guidance for project design and long-term safety assessment for CGS.This study, focusing on the strategic demands of greenhouse gas emission reduction in China, has not only great theoretical significance, but also significant application value of engineering.

CO2地质封存技术是一项新兴的、具有大规模减排潜力的技术。CO2地质封存过程中，CO2被注入地下储层中以后通过溶解、吸附、矿化等物理和地球化学机制储留在储层中，并通过上覆盖层进行长期密封，实现与大气永久隔离。适合于CO2地质封存的盖层通常为页岩、泥岩等粘土岩。盖层中的粘土矿物极易与CO2发生吸附等相互作用，尤其是在有水存在的条件下，这种相互作用会影响盖层的密封性，进而影响封存工程的长期安全性和稳定性。本项目拟通过微观实验、分子动力学模拟、室内实验以及理论分析相结合的方法，系统研究CO2与粘土矿物相互作用的微观机理以及CO2对盖层密封性影响的宏观现象，建立CO2对盖层密封性影响的理论关系，分析CO2对盖层密封性改变对于CO2地质封存工程的意义，为CO2地质封存工程设计和长期安全评价提供理论指导。本项目紧密围绕我国削减温室气体排放的战略需求，其研究既有重要的理论意义，又有重大的工程应用价值。

CO2地质封存过程中，CO2被注入地下储层中以后通过溶解、吸附、矿化等物理和地球化学机制储留在储层中，并通过上覆盖层进行长期密封，实现与大气永久隔离。适合于CO2地质封存的盖层通常为页岩、泥岩等粘土岩。盖层中的粘土矿物极易与CO2发生吸附等相互作用，尤其是在有水存在的条件下，这种相互作用会影响盖层的密封性，进而影响封存工程的长期安全性和稳定性。本项目通过微观实验、分子动力学模拟、室内实验以及理论分析相结合的方法，系统地研究了CO2与粘土矿物相互作用的微观机理以及CO2对盖层密封性影响的宏观现象，建立了CO2对盖层密封性影响的理论关系，分析了CO2对盖层密封性改变对于CO2地质利用与封存工程的意义。研究结果表明CO2与粘土矿物的相互作用对盖层的密封性有重要影响，这种影响与CO2-粘土体系中水分含量有关。项目研究成果有助于CO2地质封存工程设计和长期安全评价。本项目组成员按照进度安排完成了预定目标，项目研究过程发表论文4篇（SCI收录论文3篇，EI收录论文1篇），申请发明专利3项。