Effects of supercritical CO2 on viscoelastic properties of shales

蠕动 粘弹性 油页岩 超临界流体 材料科学 溶解 复合材料 变形(气象学) 肿胀 的 矿物学 地质学 化学 物理化学 古生物学 有机化学
作者
Dawei Zhou,Guangqing Zhang,Zhongwei Huang,Shiyuan Li,Zong-Yang Fan
出处
期刊:Petroleum Science [Elsevier]
卷期号:19 (5): 2199-2209 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.petsci.2022.05.018
摘要

Laboratory uniaxial compression creep tests, with differential stress of 30 MPa hold for 3 h, were performed on Chang-7, Longmaxi (LMX) and Barnett shales to study the influence of SC-CO2 on short-term viscoelastic properties. To this end, the wet shale samples were treated with SC-CO2 with a pressure of 30 MPa and a temperature of 110 °C for 14 days. We analyzed the creep data using the fractional Maxwell model. To investigate microscopic structural alterations, the surface morphology of the same location, before and after SC-CO2-water exposure, was examined by SEM images. Compared with dry shales, dynamic and static elastic moduli decreased by up to 25.02% and 55.83%, respectively, but the creep deformation increased by 200% for LMX and Chang-7 shales, and 500% for the Barnett shale treated by SC-CO2. Compared to dry sample, there is an increase in calculated fractional orders of 0.02, 0.07, 0.22 for SC-CO2 treated samples, indicating that SC-CO2 treatment is likely to enhance shale creep. SEM investigation confirmed physicochemical mechanisms responsible for the observed elastic damage and creep enhancement, including mineral dissolution and swelling caused by SC-CO2. This work would further improve our current understanding of the time-dependent deformation of shale under chemical-mechanical coupling effects during CO2 capture utilization and storage.

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