煤炭科学技术

作者：吴 迪, 徐绍桐, 苗 丰, 翟文博, 耿岩岩,

关键词：CO2封存, N2/CO2混合气, 页岩力学特性, 单轴压缩, 巴西劈裂,

工业废气经脱硫注氨处理后，气体主要成分为N2/CO2。基于减少能源消耗，利用页岩储层有效封存CO2的思想，开展N2/CO2混合气注入对页岩力学特性影响规律研究。以四川省龙马溪组黑色露头页岩为试验研究对象，开展恒温恒压条件下，不同浓度配比N2/CO2混合气注入页岩试验，利用单轴压缩试验和巴西劈裂试验，分析N2/CO2混合气中CO2浓度对于页岩力学特性的影响。研究结果表明：页岩试件经N2/CO2二元混合气浸泡后，混合气中随CO2浓度的增加和相变，试件孔隙增长率呈现先增大后减小趋势，孔隙增长率为34.91%～110.6%；页岩试件的强度和泊松比先降低后增大，弹性模量先增大后降低，单轴抗压强度损失率为37.5%～69.1%，抗拉强度损失率为35.3%～85.4%，弹性模量增幅37.5%～54.7%，泊松比损失率为11.8%～20.6%；混合气中CO2浓度和相态变化对页岩损伤强度有较大影响，损伤因子先增大后降低，页岩表现出明显脆性破坏特征，主要破坏模式为劈裂破坏。初步分析表明：页岩在混合气作用下孔隙结构发生改变。当CO2为气态时，页岩吸附CO2，孔隙产生范德华力，使页岩基质膨胀，天然孔裂隙扩展，孔隙增幅加大，强度降低；当CO2为超临界状态时，混合气中SC-CO2（超临界二氧化碳）对页岩有机矿物质溶解能力，随SC-CO2浓度增加而减弱，孔隙增幅降低，强度衰减率降低。混合气中SC-CO2浓度为11.33 mol/L时，溶解有机质能力最强，页岩孔隙度最大，脆性最高，力学性质劣化效果最明显。

来源：2022年第6期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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