本研究针对不同地质条件下的CO2-水-岩反应机理开展研究，明确了超临界CO2和地下水混相流在裂缝发育的储层中的运移规律，揭示了CO2-水-岩反应对裂缝的改造作用，实现了大尺度时间上CO2-水-岩反应及其对盖层封闭能力影响演化过程的动态刻画。明确了不同储盖组合下CO2侵入盖层的机理及其对盖层封闭性的影响，建立了CO2地质埋存中盖层封闭能力的定量评价方法，可为CO2地质埋存安全性评价和储盖组合优选提供理论依据。具体结论如下： （1）CO2注入目标储层溶于水后，引起地下水pH值下降，使储层酸性增强，促进了CO2-水-岩石地化反应的发生。目标储层中的方解石和长石类矿物发生了溶解作用，体积分数减少；伊利石、铁白云石、菱镁矿、片钠铝石以沉淀为主，体积分数增加。此外，在可能生成的次生矿物中，还观察到有菱铁矿沉淀。一方面，无论是矿物溶解还是沉淀，都会大量消耗CO2，促进CO2进一步溶解于地下咸水中；另一方面，CO2-咸水-岩石反应生成的矿物使得CO2被永久封存在地层中。虽然上述过程十分缓慢，但长久看来，溶解埋存和矿化埋存是CO2地质埋存中较为理想的埋存方式。 （2）通过数值模拟发现，从开始注入到停注的10年内，储层在CO2-咸水-岩石反应作用下孔隙度具有一定程度的增加，这种变化有利于扩展储层存储空间，提高储层中CO2的埋存能力。由此引起的渗透率变大，改善了地下多相流的流动性，有助于CO2运移扩散，间接的提高了残余气埋存和溶解埋存的效率。CO2注入100年后，由于CO2-咸水-岩石反应产生大量矿物沉淀，导致储层的孔隙度和渗透率都表现为减小。 （3）CO2注入期，由于储层中CO2注入带来的持续加压，使得大量CO2聚集在储盖接触面下部，部分CO2在压力作用以及对流作用下侵入盖层，此时CO2-咸水-岩石反应以溶解为主，因此导致孔隙度变大。CO2停止注入时，CO2垂向侵入盖层的距离大约为5m，此时盖层孔隙度开始呈现变小的趋势。CO2注入1000年后，侵入盖层最远距离将近15m，孔隙度变大的最大区域位于储盖接触面5m左右，该区域与片钠铝石的沉淀区域大体一致，因此推断CO2-咸水-岩石反应中片钠铝石的沉淀对于提高盖层封闭能力具有积极意义。此外，从盖层孔隙度和渗透率相对变化率与储层孔隙度和渗透率的相对变化率的对比可以看出，CO2注入1000年时盖层的孔隙度相对变化率可达8.1%，储层的孔隙度相对变化率为1.615%，这在一定程度上说明CO2地质埋存中水岩反应对盖层的孔隙结构和渗透率有较大的影响，对盖层的封闭能力演化起着重要的作用。

东北石油大学

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