不同温压超临界CO2作用后页岩润湿性变化及影响机理实验研究

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地层流体与储层岩石之间的润湿性是影响CO2强化油气开采(EOR)和CO2地质封存的重要因素之一。储层条件下超临界CO2与页岩相互作用引起页岩物理和化学性质变化,导致储层页岩润湿性改变,进而影响页岩的毛细管力、相对渗透率、吸附性和束缚水饱和度等理化特性。因此,研究超临界CO2作用后页岩润湿性的变化规律及机理对CO2强化油气开采和CO2地质封存具有重要意义。本文以鄂尔多斯盆地长-7组页岩为研究对象,采用了接触角测试、矿物组分分析测试(XRD)、傅利叶变换红外光谱分析测试(FTIR)、电镜扫描分析测试(SEM)和核磁共振分析测试(NMR)等手段,对不同温度和压力的超临界CO2作用后页岩的润湿性变化规律及机理进行了研究。取得的研究成果如下:(1)得到了不同温压超临界CO2作用后页岩润湿性的变化规律。超临界CO2作用后页岩表面水润湿性均减小。随着超临界CO2作用温度的升高,CO2与页岩矿物基质之间的可逆反应增强,水润湿性减弱,而温度超过60℃,可逆反应受到抑制,水润湿性不再随温度升高而减弱;随着超临界CO2作用压力增加,CO2流体浓度升高,CO2分子与页岩矿物反应加剧,水润湿性同样减弱。另外,粉末压片法测量页岩表面润湿性对硅质含量较高页岩影响较大,对碳酸盐页岩影响不大,原因在于硅酸盐矿物破碎后表面极性位点增多,水润湿性增强。(2)揭示了超临界CO2作用后矿物组分和化学基团变化对页岩润湿性的影响机理。超临界CO2通过改变页岩矿物组分的含量、胶结方式和页岩表面极性基团含量,从而影响页岩润湿性。超临界CO2对碳酸盐矿物的溶蚀和再沉淀作用导致原始碳酸盐矿物分布被破坏,生成物重新附着在各类矿物表面,从而对润湿性产生影响。CO2作用压力增加,页岩羟基含量减少,水润湿角增大,原因在于CO2压力升高导致页岩表面原有氢键体系被破坏和碳酸盐络合物生成对羟基消耗加剧;CO2处理温度增加,羟基含量先减后增,水润湿角先增后减,原因在于温度高于60℃,CO2对羟基的消耗具有抑制作用。(3)得到了超临界CO2作用后页岩表面形貌变化对润湿性的影响规律。超临界CO2作用后,页岩表面层状碳酸盐矿物被溶蚀,矿物棱角消失,同时部分孔隙的尺寸变化导致页岩原始表面形貌被破坏。通过计算页岩表面偏斜度表征页岩表面形貌变化对润湿性的影响发现,偏斜度变化与润湿性呈现较强相关性,表明超临界CO2作用后页岩表面偏斜度变化是润湿性变化的重要原因之一。
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