近年来,在油气藏中注CO₂提高原油、天然气采收率相关技术研究已经成为国内外关注的热点问题。CO₂注入后会与地层水体和储层岩石发生一系列复杂的地球化学反应,相关水-岩相互作用研究有助于理解CO₂对储层岩石物化性质的影响、反应机理及其环境效应。1、通过模拟实验研究油藏致密砂岩储层中注入CO₂所发生的CO₂-地层水-砂岩相互作用,对比静态高温高压和动态驱替实验的结果,可知反应过程中方解石矿物及其胶结物会发生快速溶解,长石也会发生一定量溶蚀,这会增大岩石的总体孔隙度。然而,由于矿物溶解会释放其它粘土矿物或硅铝酸盐等,使其发生溶解或运移聚集,也会有利于次生矿物的迁移聚集。根据渗透率变化可知,该过程并不影响岩心的渗透率,驱替过程中砂岩岩心渗透率明显增大,并且在增大后基本保持不变,表明矿物溶解释放,发生的运移聚集不会造成堵塞风险。进一步证明CO₂-水-岩相互作用有利于储层岩石孔隙的生成,并会增大储层岩石中流体的渗透率,从而有助于提高油藏采收率。2、选取储层页岩样品,在温度90℃、压力10MPa环境下,开展了CO₂-压裂液-页岩相互作用模拟实验研究。主要探讨页岩气开采过程中,由于常规水力压裂液以及后期超临界CO₂的增注,造成的储层岩石矿物的变化以及返排液成分的变化。实验结果显示,压裂液能使岩石矿物发生溶蚀,超临界CO₂的存在会进一步加剧溶蚀反应的进行,促使孔隙变大并产生更多的微孔隙,为页岩提供更多的运移通道,有利于油气的运移;但是,存在的环境威胁不容忽视,一方面,岩石中会溶解出大量的Ca、Mg、Si元素和少量Fe、Mn等金属元素,压裂液中表面活性剂等物质在高温高压酸性环境条件下,容易生成挥发性有机物残留在地层中,极有可能沿着岩石破碎的孔隙、断裂发生迁移或泄露,从而对地下含水层造成污染;另一方面,多种成分进入高矿化度溶液体系经返排回到地表,也会增大处理返排液的难度。本文取得的实验数据和成果有助于理解页岩气储层在开采过程中可能发生的水岩相互作用过程及其潜在的环境风险。