CO2注入对致密砂岩储层矿物组成及力学特性的影响机制与地质封存安全启示

针对CO2地质封存中储层岩石力学性能劣化问题，西安石油大学团队通过连续/间歇CO2注入实验，揭示超临界CO2(scCO2)溶解长石、方解石等矿物导致孔隙度提升43.5%，抗压强度下降38.2%的规律，首次阐明0.001-0.1μm微孔增殖是力学参数演变的控制因素，为CCUS技术安全实施提供理论支撑。

　　

随着全球气候变化加剧，碳捕获、利用与封存（CCUS）技术成为应对温室气体排放的关键策略。其中，致密砂岩储层（孔隙度<10%，基质渗透率K<0.1×10^-3μm²）因其巨大吸附潜力成为CO₂封存研究热点。然而，CO₂注入引发的矿物溶解-孔隙结构-力学性质连锁反应，可能威胁封存安全性，这一多尺度耦合机制尚不明确。西安石油大学研究人员在《Geoenergy Science and Engineering》发表的研究，通过创新性实验设计揭示了CO₂-岩石相互作用的内在规律。

研究团队采用鄂尔多斯盆地长6段致密砂岩岩心，设计连续/间歇两种CO₂注入模式，结合X射线衍射（XRD）、高压压汞（MIP）和三轴压缩测试，系统分析了31.1°C/7.38MPa超临界条件下矿物组成、孔隙结构和力学参数的协同演变规律。

矿物组成变化
XRD数据显示，120小时封存后石英含量从29.2%激增至73.9%，而长石和黏土矿物分别从48.6%、20.0%降至19.5%和6.7%。方解石溶解导致Ca²⁺浓度提升3.8倍，证实CO₂-水-矿物反应以H₂CO₃酸化溶解为主导机制。

孔隙结构演化
高压压汞揭示总孔容增加43.5%，其中0.001-0.1μm微孔占比从12.4%升至35.7%。间歇注入组微孔增殖幅度较连续组高18.3%，这与压力波动加速矿物溶解的"泵吸效应"相关。

力学性能响应
三轴实验显示抗压强度下降38.2%，弹性模量降低29.4%，而泊松比上升22.8%。相关性分析表明微孔体积变化与力学参数呈强相关性（R²>0.91），证实其作为力学劣化指示器的价值。温度升至60°C时，矿物溶解速率下降使强度损失减少15.7%。

该研究首次建立"矿物溶解-微孔增殖-力学弱化"的定量关系模型，提出间歇注入策略会加剧力学不稳定性。发现温度对反应动力学的调控作用，为深层高温储层封存安全性评估提供新依据。研究成果不仅完善了CCUS技术理论框架，更为致密砂岩储层CO₂封存工程参数优化提供了关键科学支撑，对实现"双碳"目标具有重要实践意义。