利用超临界CO2可溶的示踪纳米颗粒对页岩结构中CO2储存能力和石油采收的研究

The storage of CO2 and oil recovery in gas shales will be investigated. This research is of great significance in compensation of the "green house" effect and energy crisis. In this study, the storage efficiency of CO2 in gas shales is the most important factor. The homogeneous dense packing structure in subsurface rock layer will contribute to the storage of CO2, but excess fractures and cracks will greatly reduce the CO2 storage efficiency since CO2 will flow through these fractures without entering the dense packed pores in rocks.However, extreme dense structure prevents the injection of CO2 and exit of oil. In this work, we will (1) prepare polymeric ligand functionalized nanoparticles which is dispersible in supercritical CO2; (2) design flow cell to mimic heterogeneous shale structures and creatively study the breakout concentration vs time for nanoparticle tracer and chemical tracer in supercritical CO2 system. (3)The different experimental results of nanoparticle and chemical tracers will be simulated by Cahtles model and the parameters of shales structures such as fraction of fractures, diffusion coefficient of nanoparticle and chemical tracers will be obtained. In comparison of these simulated results with thoretical values, the feasibility and reliability of this model in supercritical CO2 system will be determined. This study has a great impact on environmental sustainability and oil recovery in gas shales.

本课题研究CO2在页岩中的存储，与此同时提高页岩中油气的回收率。这对于日益增长的温室效应和能源危机有着极其重要的作用。而CO2在岩层中的存储效率至关重要。高密度分布的多孔隙岩层有利于CO2的存储，而岩层中的裂痕或者非均一结构会直接影响CO2存储和低油气采收效率。过多的裂痕结构会使大量的CO2从这些裂痕中流过而不会进入到致密岩层的孔隙中，然而完全致密的岩层结构将不利于CO2的注入和油气的流出。此项课题将（1）制备超临界CO2可分散的聚合物改性的功能纳米颗粒(5-100 nm)。（2）设计扩散流动池来模拟非均一性多孔结构岩层并且在首次在国内外提出了研究超临界CO2体系中纳米粒子和化学小分子在岩层孔隙中不同的流动扩散速率。（3）通过Cathles流体模型拟合实验数据来获得岩层结构信息如裂痕率，纳米粒子和小分子扩散系数等参数。通过比较拟合计算结果与理论值来验证此模型在超临界CO2体系中的可行性。

本课题立足于CO2 在页岩致密结构中的存储以及提高页岩中油气的回收率。这对于日益增长的温室效应和能源危机有着极其重要的作用。而CO2在岩层中的存储效率至关重要。高密度分布的多孔隙岩层有利于CO2 的存储，而岩层中的裂痕或者非均一结构会直接影响CO2 存储和低油气采收效率。过多的裂痕结构会使大量的CO2从这些裂痕中流过而不会进入，本项目制备两种超临界二氧化碳可分散的直径约为50纳米的无机有机杂化的二氧化硅和四氧化三铁纳米粒子，研究了外部因素如压力温度对于纳米粒子分散性的影响，利用纳米粒子作为一种示踪物质，通过其与小分子示踪物（三氟甲苯）的尺寸及扩散系数的差异来确定页岩结构的裂痕率，此外在本项目中利用与超临界二氧化碳相似的氟醚体系在常压下建立扩散体系的扩散模型（Hela Shaw Cell），通过纳米粒子的低扩散以及小分子的高扩散获得了不同的扩散浓度结果，利用Cathels流体模型你和实验数据获得了岩层裂痕率，间接验证了二元示踪物体系在模拟岩层裂痕率和非均一性的有效性。