异常压力沉积盆地咸含水层CO2地质封存中的水-岩-气作用机理研究

全球气候变暖引起世界各国的广泛关注，CO2的大量排放引起了温室效应，对人类及整个地球环境系统产生危害。而CO2地质封存地下深部处置CO2已经被公认是人类削减温室气体排放的一条有效而又科学的途径，其中，深部咸含水层CO2地质封存因封存潜力巨大，技术可行，更成为科学家研究的焦点。本课题拟以松辽盆地为例，选择三个典型异常压力区进行CO2注入后的流体-岩石作用模拟研究，同时开展室内不同温压条件下不同类型砂岩的CO2充注实验，研究CO2封存条件下温度、压力、流体化学组成、骨架岩石的矿物组成以及地球化学作用过程对CO2捕集的影响机制，揭示硅酸岩捕集CO2机理与时效性规律。本项研究成果将丰富深部咸含水层CO2封存的理论基础，并为大规模实施与运行咸含水层碳封存提供科学依据。

以化石燃料为主的能源结构在当前和一段时间内不会改变，大量的CO2排放导致全球温室效应日益加深。深部咸含水层CO2地质封存因封存潜力巨大，技术可行，且已有实际的工程运行，而备受关注。本课题以松辽盆地为例，基于不同异常压力区，开展了多尺度的CO2注入后的流体-岩石作用数值模拟，对比研究了不同异常压力环境下CO2在咸含水层中的迁移行为与捕集状态；同时进行了室内不同温压条件下不同类型砂岩-卤水体系的CO2充注实验，开展了不同温压条件下CO2流体与各种单矿物、单纯混合岩样和不同胶结物组分砂岩的反应研究，探究了CO2封存条件下温度、压力、流体化学组成、骨架岩石的矿物组成以及地球化学作用过程对CO2捕集的影响机制，揭示硅酸岩捕集CO2的机理与时效性规律。此外，本项目通过多种手段分析了影响砂岩捕集CO2机理的多种因素，如温度、VG模型参数、CO2/盐水相对渗透率，有效再现了各固碳机理在不同时空尺度下的影响程度。.主要得到以下重要的认识：（1）松辽盆地北部地区姚家组和泉头组四段是比较理想的CO2储层，储层渗透率显著影响了CO2羽的时空分布特征。大量的CO2注入会导致注入井周边以及储层上部的压力积聚以及潜在的安全性问题，合理的CO2注入方案如变流量注入、抽水卸压等能够有效地减缓这种风险。（2）残留气体捕获、溶解性捕获和矿物捕获是CO2固定的主要形式，而影响CO2矿物捕获最重要的因素是初始的岩石矿物组成和地层水化学组分。对于姚家组和泉头组砂岩来说，主要的CO2捕获矿物是铁白云石、菱铁矿、菱镁矿和片钠铝石。绿泥石直接控制着铁白云石、菱镁矿和菱铁矿的形成，而片钠铝石的生成受钠长石的控制。不同异常压力条件下生成的碳酸盐矿物和CO2储存量具有差异。对于姚家组地层，有更多的铁白云石和菱镁矿在齐家-古龙凹陷发生沉淀；有更多的铁白云石、菱镁矿和菱铁矿在三肇凹陷的泉头组地层中发生沉淀。（3）CO2流体与单矿物实验中观察到斜长石、钾长石、蒙脱石和绿泥石的溶蚀，且随温度升高，溶蚀越发强烈。在180℃条件下，反应后斜长石表面有水铝矿沉淀，绿泥石表面则生成大量高岭石沉淀。（4）填充于碎屑颗粒之间的胶结物组分对短期内CO2-水-岩反应类型和过程具有控制作用，因而导致不同胶结类型砂岩中碳捕获与封存机制差异显著。.以上研究成果丰富了深部咸含水层CO2封存的理论基础，为大规模实施与运行咸含水层碳封存提供科学依据。.