CO2 leakage and sealing behavior in sandstone fractures considering mudstone smear and varying confining pressures

Author links open overlay panelMin Hao a b, Bing Bai a, Hengtao Yang a, Hongwu Lei a, Lu Shi a

• a State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering Safety, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China

• b University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

摘要  (豆包翻译）

在二氧化碳地质封存工程中，储层普遍发育天然裂隙，地应力变化、裂隙几何形态以及封堵介质的存在，会显著改变储层渗透特性演化规律，同时控制潜在泄漏通道的发育。为系统揭示上述多因素作用机制，本文结合室内物理试验与定量数值模型开展综合研究。试验分别针对倾角 60°、75° 裂隙试样，在不同围压条件下开展注水与注 CO₂驱替试验，全程测定渗透系数，并分析加卸载循环全过程的渗透率演化规律；同步探究泥岩涂抹层的裂隙封堵性能。此外，基于完整岩样与裂隙岩样的渗透率差异，构建引入曲率函数的改进渗透率模型，用于计算有效围压作用下裂隙临界闭合压力与临界张开压力，实现裂隙开合行为的定量表征。

研究结果表明：渗透率随围压升高呈非线性衰减，且裂隙闭合存在不可逆特征；卸载阶段注水工况下渗透率恢复程度显著优于注 CO₂工况；高围压环境中 75° 倾角裂隙的连通性与流体过流能力更强，对应地层泄漏风险更高；1.5g 精制泥岩涂抹层可将裂隙渗透率降幅控制在 98% 以上。相关研究成果可为裂隙型地层 CO₂泄漏风险评估、地层封堵方案设计提供试验依据与定量分析手段。

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