303 / 2025-11-15 12:46:52

超临界CO2-水-岩作用下黔北牛蹄塘组页岩表面能演化机制

CO2地质封存,页岩,超临界CO2,表面能,页岩气开采

表面能是影响页岩储层气液流体存储状态的关键因素。为研究储层温压条件下超临界CO₂与水-岩体系相互作用对页岩表面能的影响，本文以黔北牛蹄塘组页岩为研究对象，采用接触角测试法和van Oss-Chaudhury-Good（vOCG）理论，结合X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜及能量色散光谱（SEM/EDS）等测试技术，系统研究了超临界CO₂-水-岩作用下页岩表面能演化规律及其影响机制。结果表明，页岩与非极性测试液（二碘甲烷）的接触角明显小于极性测试液（丙三醇和蒸馏水），说明该测试页岩样品具有较强的非极性特征。超临界CO₂-水-岩作用后，页岩表面能出现了明显增大趋势，且表面能中极性分量的增大幅度高于非极性分量；页岩表面能中非极性分量的变化主要源于页岩中钠长石和石英等非极性矿物百分含量的增大，而其极性分量的变化则受控于页岩中官能团变化所引起的表面电子供给能力改变。超临界CO₂-水-岩作用后，页岩表面能增大会促使其对CO₂、CH₄和H₂O分子的吸附能力增大，这会导致CO₂和CH₄在页岩储层中更容易以吸附态形式存在，且页岩微纳米孔隙中残余水分子产生的水锁效应也会增强，这对CO₂长期稳定封存是有利的，但对页岩气采收则会产生不利影响。研究成果可为贵州页岩气高效开采和CO₂地质封存提供支撑。