非常规储层CO2压裂及埋存岩石力学基础

本书是以CO2流体作用下的岩石为主要研究对象，涉及温度-流体-应力-化学-多场耦合作用下岩石微观结构及物性、岩石力学性质研究成果的总结，重点围绕CO2作用下储层岩石黏弹塑性力学性质、孔隙弹性性质、断裂力学性质、裂缝扩展特征、断层滑移特征、CO2埋存特征展开，揭示储层条件下CO2流体-岩石多场耦合作用机理，提出CO2影响岩石力学性质的作用机制，为CO2压裂及埋存技术应用提供了岩石力学方面的基础认识。

全球温室气体效应日益严重，预计在2050～2055 年全球CO2 总排放量将会超过临界值3.67万亿t，届时全球平均温度上升约2℃，严重威胁全球气候安全。随着碳捕集、利用与封存(CCUS)技术受到国内外能源行业的普遍关注，我国积极开展CCUS 与非常规油气开发技术的融合研究，形成了CO2 驱油、CO2 压裂、废弃油藏埋存CO2 等技术，既提高了油气产量，又对CO2 进行了埋存。CO2-岩石多场耦合作用影响地层岩石物性、力学性质、孔压场、应力场等，引起CO2 注入能力降低、地层抬升、盖层封闭性降低等问题。

碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是一种以减少碳排放为目的，实现化石能源近零排放的技术体系，受到国际社会的重视。目前，人们除了利用新能源(如太阳能、核能、氢能等)或清洁能源(天然气、地热等)来降低CO2 排放量外，还积极探索CCUS 技术与非常规油气开发技术的融合，即CO2 提高采收率(CO2-EOR)、CO2 压裂、废弃油藏埋存CO2 等。

非常规油气是指采用传统技术无法获得自然工业产量，需要新技术改善储层渗透率、流体黏度等才能经济开采油气，包含油砂、油页岩、致密油气、页岩油气、煤层气、天然气水合物和天然沥青等。非常规油气资源在世界范围内广泛分布，尤其在北美、中国和澳大利亚等国家或地区。截至2018年，美国利用水平井钻井及水力压裂技术，页岩油产量达3.29亿t，页岩气产量达6072亿m3。目前，我国相继在鄂尔多斯盆地、济阳凹陷、松辽盆地、准格尔盆地等发现了储量巨大的陆相页岩油油藏，截至2022年，已探明页岩油储量约500亿t，位居世界第三位，仅次于加拿大和美国，但我国页岩油效益开发仍面临诸多挑战。水力压裂技术是有效改造低渗非常规油气藏的主要手段，但存在用水量大、储层伤害严重、水敏性强等缺点。

针对以上问题，无水压裂技术(CO2、液氮、液化天然气、推进剂、等离子体压裂等)具有无水相、无残留等特点，成为替代水基压裂液的最佳方案之一。CO2 压裂技术可充分利用CO2 扩散能力强、储层配伍性好、储层增能等特点，有效降低储层伤害、改善储层物性、增加裂缝复杂度、降低原油黏度和解吸附，具有提高油气产量、保护环境、节约水资源、埋存CO2 的优点，已成功应用于非常规油气储层增产开发。

现场CO2 压裂

CO2 压裂过程中存在的基础问题及解决办法

不同

Pe

Da

从左到右Pe逐渐增大，从下往上Da逐渐增大

水力压裂和SC-CO2 压裂的试件中间剖切面上的裂缝形态

非常规储层CO2压裂及埋存岩石力学基础

张广清 周大伟 赵建林 彭 岩 著

北京 : 科学出版社 , 2025. 11

ISBN 978-7-03-081526-2

全书共 8 章：

• 第 1 章主要介绍了CO2 相态及物理化学性质，简述了CO2 压裂技术分类及现场应用概况，以及CO2 压裂与埋存机理；

• 第 2 章从孔隙尺度上探索复杂孔隙结构中的CO2 渗流过程，分析岩石微观结构特征及渗透率等物性变化规律；

• 第 3 章基于CO2-水-岩反应理论，分析岩石微观结构特征及渗透率等物性变化规律；

• 第 4 章主要研究CO2 多场耦合作用对岩石强度、弹性模量、动态力学参数、蠕变性质等的影响；

• 第 5 章主要介绍毕奥(Biot)有效应力原理与试验测试方法，以及其在CO2 压裂及埋存中的应用；

• 第 6 章主要研究CO2 基本特性、热应力、CO2相变对裂缝扩展特征及规律的影响，提出了SC-CO2 压裂裂缝多场耦合机制；

• 第 7 章主要研究CO2埋存过程中断层不稳定滑动形成的力学条件；

• 第8章考虑结构埋存、残余埋存和溶解埋存3 种机理，建立了数值模拟几何模型评价CO2 地质埋存安全性、埋存量。

本书在青年科学基金项目（A类）(51925405)、国家自然科学基金项目(52104050)、中国博士后基金特别资助(2022T150725)等支持下完成。

本文摘编自《 非常规储层CO2压裂及埋存岩石力学基础》（张广清 周大伟 赵建林 彭 岩 著. 北京 : 科学出版社 , 2025. 11 ）一书“前言”“绪论”，有删减修改，标题为编者所加。

本书可为与CO2 增产及埋存技术相关的岩石力学研究人员、工程技术人员和高等院校师生提供参考。

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