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我国经济发展对能源的大量需求,导致国内天然气供求关系紧张。我国天然气长期依赖境外进口,将严重影响我国经济的持续发展和能源安全。页岩气这一新型能源,作为传统天然气能源的重要补充,已引起了我国乃至全世界的广泛关注。寻求高效的页岩气开采方案已成为国内外能源领域专家研究的重点。目前国内页岩气的开采方式仍是以水平井+水力压裂技术为主。该技术对水资源消耗巨大,同时,页岩中的黏土矿物会与水相互作用产生膨胀,致使岩层中的渗流通道堵塞,降低气体采收率。不同于水力压裂带来的储层伤害、水资源消耗及环境问题,超临界CO2压裂、驱替技术能有效减少上述问题,成为了业界关注的焦点。该技术的主要思路为:将超临界CO2替代水作为压裂液和钻井液,注入到页岩气储层中,通过页岩对CO2和CH4吸附性能的差异,将页岩气从岩层中置换出来。该技术充分利用了超临界CO2的流体特性,成功避免了水资源的耗费及后续污水处理的问题,同时还可将CO2封存于地下,实现CO2减排。CO2注入后,页岩的物理、化学、力学响应特征直接影响页岩气产量和CO2气体封存效果。因此,研究不同条件下,CO2-页岩的反应对页岩的改造作用,对页岩气产能预测、规模化开采及CO2封存的实现具有重要意义。针对CO2-页岩的相互作用对页岩进行改造这一问题,本文通过实验及多种表征手段,探究不同压力CO2作用下页岩微观结构与力学特性的变化规律。选取四川长宁五峰组页岩试样作为研究对象,设定CO2作用压力为实验变量,对页岩进行不同压力CO2的浸泡实验。采用X射线衍射分析仪（XRD）、X射线荧光光谱分析仪（XRF）、核磁共振分析法（NMR）、低温氮气吸附实验、声发射探测仪及MTS岩石力学测定系统对CO2浸泡作用前后页岩的矿物组分、表面形貌、孔结构参数和力学参数等变化进行了表征及对比分析。取得的主要成果如下:（1）XRD分析结果表明,本次研究的五峰组页岩试样主要矿物成分为石英、碳酸盐、黏土矿物等,CO2浸泡前,页岩中石英的含量为53.71%。在6 MPa、9 MPa、12 MPa压力的CO2浸泡作用下,石英含量分别升至54.85%、56.97%和59.52%。同时,碳酸盐和黏土矿物相对含量减少。该现象的原因是石英不与CO2反应,碳酸盐和黏土矿物因CO2的溶解及相互反应而减少。XRF分析测试结果显示,与石英相关的氧化物SiO2的比重上升,与碳酸盐及斜长石的对应的Al等元素含量下降。（2）核磁共振的测定结果显示,未经处理前,原始页岩的孔隙度为2.74%,经CO2作用后,页岩整体孔隙度增大。随CO2作用压力升高,孔隙度分别增至2.88%、3.09%和3.15%。该现象与CO2对页岩的孔隙溶蚀、孔内矿物颗粒的萃取相关。页岩中的微孔和大孔在超临界CO2对其分别产生的溶蚀和基质膨胀的作用下,向中孔转变。（3）低温氮气吸附测试结果表明,不同CO2压力作用下,页岩吸脱附曲线和滞后环的形态相同,表明页岩孔隙形状不变。不同CO2压力作用后页岩N2吸附量减少,表明页岩中微孔数量及比表面积减少。（4）MTS岩石力学测试结果表明,原始页岩的单轴抗压强度和弹性模量分别为251.13 MPa和20.30 GPa,经不同压力CO2作用后,页岩的抗压强度、弹性模量均有不同程度的减小。相较于次临界,CO2在超临界状态下对页岩力学性质的劣化程度更显著。CO2作用后,页岩由于非均质膨胀更易产生次生孔裂隙,因此,在孔裂隙压密阶段的应变量和时间均增加。（5）原始页岩破坏形式较为单一,多为剪切破坏,CO2作用后,页岩的微观结构被改造,产生次生裂隙,页岩结构弱面数量增加,破坏模式更为复杂,破坏形式呈现多个破裂面,且出现剪切、拉伸、劈裂的多种破坏模式,从裂纹产生到试件破坏的时间减少。