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超临界CO_(2)注入煤层对顶板岩石纵波速度及力学响应特征研究

         
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深部煤层CO_(2)地质封存与CH4强化开采(CO_(2)–ECBM)技术在提高煤层气采收率的同时可实现碳减排,具有能源和环境双重效益。超临界CO_(2)(ScCO_(2))、水和煤层顶板之间的地球化学反应可改变其物理力学性质,增加CO_(2)泄漏的风险。以沁水盆地胡底煤矿3号煤层顶板岩石为研究对象,开展"ScCO_(2)–水–岩"地球化学反应模拟实验,探讨CO_(2)煤层封存条件下ScCO_(2)–水–顶板岩样地球化学反应过程及其对岩石纵波速度和力学性质的影响。结果表明:ScCO_(2)–水–岩之间化学溶蚀反应造成岩样Ca、Mg元素显著降低,促使岩样表面形成孤立状溶蚀孔,并随着反应时间的持续,进而形成大量的"溶蚀坑"和"溶蚀缝";增加了岩样结构不连续性,使得声波传播路径增大、能量损失加剧,导致纵波波速降低;ScCO_(2)–水–岩反应后岩样的峰值强度和弹性模量降低,泊松比升高,且三者之间的变化率与反应时间之间呈现Logistic函数的变化关系。对于胡底煤矿而言,ScCO_(2)–水–岩反应过程中顶板力学性质的弱化不足以造成盖层的破裂和CO_(2)泄漏,但在评价煤层CO_(2)封存安全性时,还应考虑煤层吸附膨胀应力对顶板的影响。

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