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为解决北海 CO?封存场地缺乏特定力学数据的问题，研究人员对 Eos 井 31/5–7 的砂岩（Cook、Johansen 组）和页岩（Intra-Drake 组）开展岩石力学测试，获取弹性、强度、渗透率等数据，评估页岩各向异性，为 CO?注入的地质力学建模提供关键参数。
在应对全球气候变化的背景下，二氧化碳封存（CCS）技术成为减少温室气体排放的重要手段。北海作为油气开发活跃区域，其咸水层被视为潜在的 CO?封存场地。然而，当前针对该区域地质力学特性的研究存在显著短板：尽管北海油气项目常开展实验室测试，但公开的场地特异性力学数据极少，且部分数据缺乏样本来源信息，难以准确评估 CO?注入对储层和盖层的力学影响，如变形、破裂风险等。此外，页岩盖层的密封性和砂岩储层的应力响应机制尚不明确，制约了 CCS 项目的安全性和有效性评估。
为填补这一空白，来自国外研究机构的研究人员围绕北海 EL 001 区块 Aurora 场地的 CO?封存潜力展开研究。他们以 Eos 井 31/5–7 钻探获取的侏罗系 Dunlin 群岩芯为对象，针对 Cook 和 Johansen 组砂岩储层、Intra-Drake 组页岩盖层，开展系统的岩石力学测试，旨在揭示这些岩层在 CO?注入应力条件下的力学行为，为地质力学建模提供关键参数。研究成果发表于《International Journal of Greenhouse Gas Control》，为北海 CCS 项目的风险评估和优化设计提供了重要依据。
研究采用的关键技术方法包括：
- 对砂岩开展巴西试验、三轴排水等向固结试验（CID）、静水压力试验和各向异性固结单轴应变试验（CAUST）；
- 对页岩进行垂向与水平向岩心的渗透率测试、不排水等向固结三轴试验（CIU）、巴西试验和单轴应变试验（CAUST）；
- 测试涵盖弹性与孔隙弹性性质、强度、破坏准则及渗透率，评估页岩的力学和水力各向异性；
- 样本来源于 Eos 井不同深度的岩芯，砂岩取自 2680–2761 米的 Cook 和 Johansen 组，页岩取自 2592–2595 米的 Intra-Drake 组。
储层砂岩力学特性
通过对 Johansen 和 Cook 组砂岩的 CID 三轴试验发现，两者在有效水平应力 5–15 MPa 下的应力 - 应变曲线显示，Cook 砂岩峰值强度更高。应力循环测试得出的杨氏模量、剪切模量和泊松比表明，砂岩弹性性质存在差异。研究指出，除峰值应力下的弹性参数外，卸载模量（Eunload）对 CCS 地质力学建模至关重要，因其反映 CO?注入导致孔隙压力升高、有效应力降低时的储层响应。
页岩盖层综合性能
Intra-Drake 页岩的测试显示，垂向与水平向岩芯的渗透率存在显著差异，揭示了水力各向异性。不排水三轴试验表明，页岩强度受加载方向影响，水平向岩芯表现出更高的抗剪强度，印证了力学各向异性。巴西试验测得的间接抗拉强度数据，结合单轴应变试验结果，为评估页岩盖层的密封完整性提供了关键参数，尤其是矿物组成和应力历史对孔隙弹性行为的影响机制。
研究结论与意义
本研究首次系统提供了北海 Aurora 场地储层砂岩和页岩盖层的场地特异性力学数据，填补了该区域 CCS 地质力学研究的关键空白。数据表明，砂岩储层的强度和弹性性质存在层位差异，而页岩盖层表现出显著的力学和水力各向异性，这对 CO?注入过程中的压力管理和微地震监测具有重要指导意义。研究成果通过 CO?Datashare 平台公开，为全球类似沉积盆地的 CCS 项目提供了可参考的地质力学模型参数，助力提升封存安全性和长期稳定性评估能力。此外，研究强调了早期开展场地特异性实验的必要性，为优化 CCS 选址和注入方案提供了方法论借鉴，推动了地质力学在碳封存领域的实际应用。
