一种评估地质封存CO2矿化演化规律及封存量的方法

技术领域

本发明属于地球化学技术领域，涉及CO

背景技术

第一次工业革命以来，化石能源的广泛使用释放了大量以CO

然而，相比于其它封存机制，CO

本发明针对目前难以探究矿化程度的时空演化规律以及CO

发明内容

针对目前CO

本发明的技术方案：

一种评估地质封存CO

步骤一，加工地层岩芯与岩相薄片，并预处理

(1.1)选取地层特征岩石样品，加工岩芯，代表相应真实组成、结构的岩层；优选地，岩芯加工具体尺寸一般为直径25mm、长度50mm。

(1.2)在岩芯端部，切出一个岩相薄片，厚度在2-3mm，用于反应前样品的初始表征。

步骤二，岩芯的初始表征

(2.1)对岩芯薄片开展扫描电镜与能谱分析(SEM+EDS)测试，分析岩样矿物的微观形貌、组成元素以及初步确定矿物类型；

(2.2)将岩芯薄片轻抛光，去除喷金层，之后粉碎研磨；一部分，进行XRD测试，基于SEM+EDS测试的组成元素定量分析物相，获得岩石矿物的种类及比例；另一部分，进行总碳分析(TC)测试，获取岩石样品的初始碳含量，作为基本参考值；优选地，为减小粒度影响与X射线衍射的择优取向，筛网应该是300-400目，采用毛玻璃片制样；

(2.3)岩芯进行CT扫描，构造数字岩心，获取其孔隙分布特征。

步骤三，岩芯，除了径向的一个端面，其余外表面全部采用环氧树脂涂抹，然后正常风干；优选地，采取环氧树脂进行包覆岩芯外表面，是因为它与CO

步骤四，进行模拟矿化实验，计算CO

考虑到真实地层中矿化反应时间尺度长、地层流体流速慢以及传质受扩散限制等特点，开展静态恒压矿化反应试验。

(4.1)岩芯放入反应釜，加入超纯水完全淹没，封闭系统，抽真空，同时空气浴升温至反应温度；

(4.2)从反应釜上端注入等温CO

(4.3)停止CO

(4.4)由于矿化反应缓慢，在CO

其中，V是反应釜中CO

进一步，可计算单位质量岩芯的CO

其中，k为单位质量岩芯CO

(4.5)实验时间到达目标时间后，关闭空气浴，梯度泄压后取出岩芯。之后烘干，并去除环氧树脂层。优选地，60℃烘干48h。

步骤五，测试、分析反应后的岩芯，探究矿化反应时空演化规律，并建立CO

(5.1)对岩芯进行反应后的CT扫描，构造反应后的数字岩心，获取其微观孔隙分布，对比反应前的CT图像，确定矿物溶解、沉淀区域，并获取孔隙三维结构及尺寸分布的空间演变规律，尤其是孔隙度变化。

(5.2)岩芯沿轴向切割为两等分，a与b。

(5.3)将a沿轴向等距离切割为薄片，并分别研磨成粉末。每个薄片的一部分样品经过300目筛网，进行XRD物相定量分析测试，基于初始矿物相组成分析，确定二次沉淀碳酸盐物相，获取沉淀碳酸盐相组成及其质量分数的空间演化规律；另一部分样品粉末，进行TC测试，获取C封存量的空间分布，并计算岩芯总的CO

m

其中m

进一步，基于每个薄片XRD数据分析的不同碳酸盐相的比例，结合对应岩片的C封存量，可计算不同碳酸盐的物质的量，进而获取岩芯CO

(5.4)将b沿轴向加工薄片，采用Raman对中心轴向面进行Map测试，获取岩芯中心轴向面的二维Raman光谱。基于上述分析得到的岩芯矿物相与碳酸盐沉淀相，查询数据库获取其标准谱，经过数据处理，获取中心轴向面的矿物含量分布图，对比已获取的碳酸盐相沉淀的空间分布，进而获得轴向面原始矿物溶蚀与碳酸盐沉淀的空间分布及含量高低。

(5.5)结合对应的反应后CT数字岩心中心轴向面灰度图中溶解、沉淀特征区域，可获取数字岩心矿物溶解、沉淀前沿深度，尤其是岩芯深部是否存在碳酸盐，探究矿物溶解、沉淀是否堵塞孔隙吼道。

(5.6)基于CT数字岩心的中心轴向面灰度图中溶解、沉淀特征区域，采用SEM+EDS沿反应深度方向，观测薄片中心轴向面特征区域的矿物溶解、碳酸盐沉淀的微观形貌以及矿物分布，获取局部的矿物溶解、沉淀时空规律。

(5.7)根据步骤四计算的单位质量岩芯的CO

N＝k·T·a

其中，N为单位质量岩芯的CO

优选地，针对实际应用中某特征地层的分析，基于上述方法应当开展不同时间的矿化反应实验，以便探明该地层地质封存CO

本发明的有益效果：

(1)本发明方法，基于特征岩芯，采用多种测试技术，多角度分析CO

(2)本发明所述的分析方法清晰易实现，可同步开展多个水岩反应实验(根据实际评估需求，开展不同时间、温度、压力的矿化实验)，能形成批次分析，便于行业实施。

附图说明

图1为本发明实施例1所述方法的实验、分析流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不作为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

针对以上问题，本发明提供了一种评估地质封存CO

步骤一，加工地层岩芯与岩相薄片，并预处理。

(1.1)针对目标反应性地层，选取地层特征岩石样品，加工岩芯，代表相应真实组成、结构的岩层。优选地，岩芯加工具体尺寸一般为直径25mm、长度50mm。

(1.2)利用微型岩芯切割机，在岩芯端部，切出一个岩相薄片，厚度在2-3mm，用于反应前样品的初始表征。

步骤二，岩芯的初始表征。

(2.1)对岩芯薄片开展扫描电镜与能谱分析(SEM+EDS)测试，分析岩样矿物的微观形貌、组成元素以及初步确定矿物类型。

(2.2)采用标准岩样抛光机，将薄片轻微研磨抛光，去除喷金层，之后利用玛瑙研体粉碎研磨。一部分进行XRD测试，基于SEM+EDS测试的组成元素定量分析物相，获得岩石矿物的种类及比例。另一部分，进行总碳分析(TC)测试，获取岩石样品的初始碳含量，一般是有机质或者原生碳酸盐，作为基本参考值。优选地，为减小粒度影响与X射线衍射的择优取向，筛网应该是300-400目，采用毛玻璃片制样。

(2.3)岩芯进行CT扫描，构造数字岩心，获取其孔隙分布特征。

步骤三，岩芯，除了径向的一个端面，其余外表面全部采用环氧树脂涂抹，然后正常风干。优选地，采取环氧树脂进行包覆岩芯外表面，是因为它与CO

步骤四，进行模拟矿化实验，计算CO

考虑到真实地层中矿化反应时间尺度长、地层流体流速慢以及传质受扩散限制等特点，开展静态恒压矿化反应试验。

(4.1)岩芯放入反应釜，加入超纯水完全淹没，封闭系统，抽真空24h，同时空气浴升温至反应温度。优选地，根据实验规划的实际水岩比，选择反应釜直径，一般选择30-40mm，更接近真实的地层水岩比。

(4.2)采用柱塞泵，从反应釜上端注入等温CO

(4.3)停止CO

(4.4)由于矿化反应缓慢，在CO

其中，V是反应釜中CO

进一步，可计算单位质量岩芯的CO

其中，k为单位质量岩芯CO

(4.5)实验时间到达目标时间后，关闭空气浴，梯度泄压后取出岩芯。之后烘干，并去除环氧树脂层。优选地，60℃烘干48h。

步骤五，测试、分析反应后的岩芯，探究矿化反应时空演化规律，并建立CO

(5.1)对岩芯进行反应后的CT扫描，构造反应后的数字岩心，获取其微观孔隙分布，对比反应前的CT图像，确定CO

(5.2)岩芯沿轴向切割为两等分，a与b。

(5.3)将a沿轴向等距离切割为薄片，并分别研磨成粉末。每个薄片的一部分样品经过300目筛网，进行XRD物相定量分析测试，基于初始矿物相组成分析，确定二次沉淀碳酸盐物相，获取沉淀碳酸盐相组成及其质量分数的空间演化规律；另一部分样品粉末，进行TC测试，获取C封存量的空间分布，并计算岩芯总的CO

m

其中m

进一步，基于每个薄片XRD数据分析的不同碳酸盐相的比例，结合对应岩片的C封存量，可计算不同碳酸盐的物质的量，进而获取岩芯CO

(5.4)将b沿轴向加工薄片，对中心轴向面进行抛光，采用Raman对中心轴向面进行Map测试，获取岩芯中心轴向面的二维Raman光谱。基于上述分析得到的岩芯矿物相与碳酸盐沉淀相，查询数据库获取其标准谱，经过数据处理，获取中心轴向面的矿物含量分布图，对比已获取的碳酸盐相沉淀的空间分布，进而获得轴向面原始矿物溶蚀与碳酸盐沉淀的空间分布及含量高低。

(5.5)结合对应的反应后CT数字岩心中心轴向面灰度图中溶解、沉淀特征区域，可获取数字岩心矿物溶解、沉淀前沿深度，尤其是岩芯深部是否存在碳酸盐，探究矿物溶解、沉淀是否堵塞孔隙吼道。

(5.6)对岩相薄片中心轴向面进行喷金，基于CT数字岩心的中心轴向面灰度图中溶解、沉淀特征区域，采用SEM+EDS沿反应深度方向，观测薄片中心轴向面特征区域的矿物溶解、碳酸盐沉淀的微观形貌以及矿物分布，获取局部的矿物溶解、沉淀时空规律。

(5.7)根据步骤四计算的单位质量岩芯的CO

N＝k·T·a

其中，N为单位质量岩芯的CO

优选地，针对实际应用中某特征地层的CO

上述实施例只是本发明的一种实施例，对于本领域的技术人员而言，在本发明公开的原理的基础上，可以做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例的描述，因此上述实施例只是用于详细描述方法，而并不具有限制性的意义。