超临界CO2作用下页岩抗拉强度的变化规律

TD315; CO2地质封存过程中,抗拉强度是评估CO2注入后岩石破裂压力以及裂纹扩展的重要参数.通过巴西劈裂试验研究了不同时间(10、20、30d)超临界CO2(60℃、20 MPa)作用下干湿页岩的抗拉强度,劈裂模量和破坏特征的变化规律.研究表明:①超临界CO2作用弱化了页岩的抗拉强度和劈裂模量,弱化程度随着作用时间的增加而增大,湿页岩抗拉强度和劈裂模量的弱化程度比干页岩大.②原始页岩试样劈裂破坏后仅产生路径单一的直线型裂纹,超临界CO2处理后的页岩破坏后裂纹形态多样化,且产生了多条次裂缝.③通过核磁共振测试分析发现,超临界CO2作用后,页岩孔隙度的变化与页岩抗拉特性的变化具有较好的一致性...

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Published in煤炭学报 Vol. 48; no. 7; pp. 2728 - 2736
Main Authors 田时锋, 周军平, 鲜学福, 董志强, 郑懿, 邓光荣, 张平
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044 01.07.2023
重庆大学资源与安全学院,重庆 400044
Subjects
shale
抗拉强度
tensile strength
超临界CO2
页岩
porosity
孔隙度
supercritical CO2
CO2 storage
CO2封存
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ISSN0253-9993
DOI10.13225/j.cnki.jccs.CN23.0282

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Abstract TD315; CO2地质封存过程中,抗拉强度是评估CO2注入后岩石破裂压力以及裂纹扩展的重要参数.通过巴西劈裂试验研究了不同时间(10、20、30d)超临界CO2(60℃、20 MPa)作用下干湿页岩的抗拉强度,劈裂模量和破坏特征的变化规律.研究表明:①超临界CO2作用弱化了页岩的抗拉强度和劈裂模量,弱化程度随着作用时间的增加而增大,湿页岩抗拉强度和劈裂模量的弱化程度比干页岩大.②原始页岩试样劈裂破坏后仅产生路径单一的直线型裂纹,超临界CO2处理后的页岩破坏后裂纹形态多样化,且产生了多条次裂缝.③通过核磁共振测试分析发现,超临界CO2作用后,页岩孔隙度的变化与页岩抗拉特性的变化具有较好的一致性,随着超临界CO2处理时间的增加,页岩孔隙度逐渐增大,劈裂过程中页岩破裂压力越低,页岩抗拉强度和劈裂模量弱化更明显.页岩孔径分布的变化对于页岩抗拉强度也具有显著影响,页岩抗拉强度和劈裂模量与微孔孔隙度的变化呈现正相关关系,与中孔和大孔的孔隙度呈现负相关关系,中孔和大孔的孔隙度增大在弱化页岩抗拉强度中起主导作用.CO2长期封存过程中,抗拉强度的减小可能导致在流体压力作用下页岩盖层更容易产生破坏,增加CO2泄露的风险.因此,需要考虑页岩抗拉强度变化建立破坏准则,对地层压力进行合理控制,以保证CO2封存的安全性.
AbstractList TD315; CO2地质封存过程中,抗拉强度是评估CO2注入后岩石破裂压力以及裂纹扩展的重要参数.通过巴西劈裂试验研究了不同时间(10、20、30d)超临界CO2(60℃、20 MPa)作用下干湿页岩的抗拉强度,劈裂模量和破坏特征的变化规律.研究表明:①超临界CO2作用弱化了页岩的抗拉强度和劈裂模量,弱化程度随着作用时间的增加而增大,湿页岩抗拉强度和劈裂模量的弱化程度比干页岩大.②原始页岩试样劈裂破坏后仅产生路径单一的直线型裂纹,超临界CO2处理后的页岩破坏后裂纹形态多样化,且产生了多条次裂缝.③通过核磁共振测试分析发现,超临界CO2作用后,页岩孔隙度的变化与页岩抗拉特性的变化具有较好的一致性,随着超临界CO2处理时间的增加,页岩孔隙度逐渐增大,劈裂过程中页岩破裂压力越低,页岩抗拉强度和劈裂模量弱化更明显.页岩孔径分布的变化对于页岩抗拉强度也具有显著影响,页岩抗拉强度和劈裂模量与微孔孔隙度的变化呈现正相关关系,与中孔和大孔的孔隙度呈现负相关关系,中孔和大孔的孔隙度增大在弱化页岩抗拉强度中起主导作用.CO2长期封存过程中,抗拉强度的减小可能导致在流体压力作用下页岩盖层更容易产生破坏,增加CO2泄露的风险.因此,需要考虑页岩抗拉强度变化建立破坏准则,对地层压力进行合理控制,以保证CO2封存的安全性.
Author 田时锋
鲜学福
邓光荣
周军平
张平
董志强
郑懿
AuthorAffiliation 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044;重庆大学资源与安全学院,重庆 400044
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ZHANG Ping
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Issue 7
Keywords shale
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