CO2地质埋存过程中盖层的自封闭作用

The self-healing of the caprocks plays an important role in the CO2 geological storage, which can effectively prevent CO2 leakage. At present, the influence mechanism of the characteristic mineral assemblage and rock type on the self-healing is not clear. The study of different mineral assemblages and different rock types can effectively identify the self-healing ability of the caprocks, and can evaluate the long-term safety of CO2 geological storage. The application project mainly studies the self-healing effect of three types of caprocks, such as mudstone, gray mudstone and paste rock salt. The key techniques are CO2- fluid-rock interaction experiment, CO2- fluid-rock numerical simulation study. Indoor experiments can find out the modification effect of CO2 injection on the caprock in a short period of time. Numerical simulation can be used to determine the effect of CO2 injection on the caprock in the long term. Finally, comprehensive comparison of the research results of the above-mentioned, and give the types and combinations of "induced minerals" that can cause the self-healing effect of the caprock happening. The threshold value of "induced mineral" is also obtained, namely "trigger content". The above results can effectively evaluate the sealing ability of the caprock and provide the basic geological information for the safety of CO2 storage.

盖层的自封闭作用在CO2地质埋存中起着至关重要的作用，可以有效的阻止CO2泄漏。目前，盖层的特征矿物组合和岩石类型对自封闭作用的影响机制尚不明确。开展不同矿物组合、不同岩石类型的盖层自封闭作用研究可以有效的识别盖层自封闭能力，评价CO2地质埋存的中长期安全性。申请项目主要针对泥岩、灰质泥岩和膏岩盐等三种类型的盖层开展自封闭作用研究，查明其作用机制。应用的关键技术手段是CO2-流体-岩石相互作用实验、CO2-流体-岩石数值模拟研究。室内实验可以查明短期内CO2注入对盖层的改造作用；数值模拟可以查明中长期内CO2注入对盖层的改造作用；最后综合比对两者的研究成果，给出能够引起盖层岩石发生自封闭作用的“诱导矿物”类型和组合，并得出“诱导矿物”的门限值，即“触发含量”。上述研究结果可以有效评价盖层的封闭能力，为CO2安全埋存提供依据。

随着我国“碳达峰、碳中和”双碳目标的提出，作为CO2减排的一种有效手段，CO2地质封存（CCS）正变得越来越重要。如何准确评价CCS中长期安全性是一个亟需解决的科学问题。CO2注入地下后，能够与地层水形成化学活性较强的酸性流体，进而诱发大规模的水岩相互作用，改变储盖层地质属性，影响CO2地质封存能力。作为一种特殊的地质作用，盖层的自封闭作用可以有效阻止CO2泄露，保证CO2长期、安全封存于地下。目前，不同矿物组成的盖层对自封闭作用的影响机制尚不明确，本次研究针对这一问题，以岩石学研究为基础，通过物理模拟和数值模拟相结合的技术手段，重点开展不同类型盖层的自封闭作用机制研究。结果表明：能够触发盖层自封闭作用的矿物是方解石、菱铁矿、白云石等碳酸盐类矿物，伊蒙混层、高岭石等黏土矿物；次要矿物是绿泥石。此外，低矿物含量和强成岩作用会降低绿泥石的自封闭作用。长石，黄铁矿，伊利石等矿物可以显著降低CO2流体-岩石相互作用强度，有利于短期内安全地质封存CO2。与之相反，碳酸盐矿物可以增强CO2流体-岩石相互作用强度，且波动大，不利于短期内的CO2安全封存，但是在中长期时间尺度上可以实现CO2地质安全埋存。CO2注入后，富碳酸盐盖层主要沉淀矿物是钾长石以及少量的铁白云石和片钠铝石；富伊利石盖层主要沉淀矿物是石英以及少量的铁白云石和片钠铝石。上述研究结果可以有效评价盖层的封闭能力，为CO2安全埋存提供依据。