页岩储层-超临界CO₂-模拟压裂液相互作用实验研究及其环境意义
Experimental study on the shale reservoir-supercritical CO₂-simulated fracturing fluid interaction and its environmental significance.

近年来，页岩气作为一种重要的非常规天然气来源，逐渐成为国内外关注的热点。当前的研究工作总体侧重于页岩气开采技术的改进与环境监测，对页岩气开采过程中水岩相互作用还少有报道。本文采用模拟实验，选取储层页岩样品，在温度90 ℃、压力10 MPa环境下，开展了CO2压裂液页岩相互作用实验研究。主要探讨页岩气开采过程中，由于常规水力压裂液以及后期超临界CO2的增注，造成的储层岩石矿物的变化以及返排液成分的变化。实验结果显示：压裂液能使岩石矿物发生溶蚀，超临界CO2的存在会进一步加剧溶蚀反应的进行，促使孔隙变大并产生更多的微孔隙，为页岩气提供更多的运移通道，有利于油气的运移。但是，存在的环境威胁不容忽视：一方面，岩石中会溶解出大量的Ca、Mg、Si元素和少量Fe、Mn等金属元素，超临界CO2、富有机质页岩以及压裂液中表面活性剂等物质在高温高压酸性环境条件下，容易生成挥发性有机物残留在地层中，极有可能沿着岩石破碎的孔隙、断裂发生迁移或泄露，从而对地下含水层造成污染；另一方面，多种成分进入高矿化度溶液体系经返排回到地表，也会增大处理返排液的难度。本文取得的实验数据和成果有助于理解页岩气储层在开采过程中可能发生的水岩相互作用过程及其潜在的环境风险。