CO2地质封存是碳捕获、利用和封存（CCUS）技术的重要组成部分，是推动能源转型，实现“碳达峰、碳中和”目标的重要手段。我国页岩气资源丰富，发育多套海相、过渡相和陆相富有机质页岩，因此利用CO2进行枯竭页岩气藏生产挖潜和CO2地质封存具有广阔前景。然而，由于页岩气储层的矿物成分和储层结构具有多样性和复杂性，如何“分析原位条件下CO2与矿物成分的相互作用特征，揭示水岩反应的矿物学-地球化学响应规律”已成为促进页岩气增产与保障CO2地质封存安全性的重要问题。近年来，中国矿业大学碳中和研究院CO2地质封存课题组在桑树勋教授的带领和指导下，由代旭光博士后设计研发了多套高压水热CO2封存模拟实验系统，开展了一系列原位条件下scCO2-水-页岩反应物理模拟实验，分析了水岩反应过程中页岩在化学组分、矿物成分、表面形貌和孔隙结构上的变化，揭示了在CO2封存条件下页岩矿物的溶蚀、离子溶出和沉淀作用规律，研究成果对于揭示页岩CO2地质封存机理和发展页岩气强化开采技术有重要的理论意义。相关研究认识刊登在《石油学报》第45卷第12期。
（1）scCO2-水-页岩反应总体上表现为一类以溶蚀作用为主、沉淀作用为辅的地球化学过程。短周期scCO2-水-页岩反应过程主要表现为矿物溶蚀作用，主要溶蚀对象为方解石；长周期scCO2-水-页岩反应伴有溶蚀作用和沉淀作用交替发生，反应后，岩石中发育不规则状方解石溶蚀孔和次生碳酸盐沉淀。
（2）页岩的溶蚀/沉淀作用受不同矿物成分影响显著，二者协同作用会导致页岩的封存空间发生动态变化。溶蚀作用取决于方解石的分布条件，次生溶蚀孔的产生在一定程度上可改善页岩的封存空间；沉淀作用受黏土矿物的发育条件控制，这主要归因于黏土矿物层间可交换阳离子的溶出-沉淀行为。
（3）研究scCO2-水-页岩反应过程的矿物学-地球化学响应特征，有助于揭示页岩气储层空间演化和CO2地质封存机理。页岩中容易遭受溶蚀的方解石组分可作为注CO2改造页岩气储层的主要目标，溶蚀增容增渗效应在一定程度上改善了页岩气的储层条件；页岩的CO2地质封存包含多种形式，其中矿化封存可将CO2以稳定碳酸盐形式封存于储层中，其作用强度和范围可能受黏土矿物层间可交换离子的富集和供给条件影响。
论文链接：http://www.syxb-cps.com.cn/CN/10.7623/syxb202412009
