Das tief liegende vulkanische Reservoir der Huoshiling-Gruppe im Songliao-Becken ist durch ultraniedrige Permeabilität und extreme Dichte eingeschränkt, was erhebliche Herausforderungen für eine wirtschaftlich effiziente Erschließung darstellt. Gleichzeitig bietet es ein potenzielles Zielreservoir für die Nutzung und Speicherung von CO₂ im Rahmen von CCUS-Technologien. Die Studie erforscht und validiert eine Methode zur Umgestaltung von Reservoirs basierend auf der synergistischen Wasser-Gesteins-Reaktion mit überkritischem CO₂ (SC-CO₂). Durch den Aufbau von SC-CO₂-gesättigten Auflösungsexperimenten in Kombination mit quantitativer Mineralanalyse mittels Röntgendiffraktometrie (XRD), mikroskopischer Morphologiecharakterisierung mittels Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FE-SEM) und Tests der mechanischen Gesteinseigenschaften wurde systematisch die Umgestaltung des Reservoirs durch SC-CO₂ in Synergie mit Lagerstättenwasser untersucht. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass SC-CO₂ bevorzugt Minerale wie Feldspat und Calcit auflöst, was zu einer signifikanten Verringerung des Tonmineralsgehalts und zur Bildung von Mikrorissen und Poren führt. Das dreidimensionale digitale Bohrkernmodell, das auf CT-Scans basiert, zeigt weiter, dass nach der Behandlung mit SC-CO₂ die Porenstruktur des Reservoirs deutlich verbessert wurde: Der Anteil dominanter Durchflusskanäle mit einer Koordinationszahl (CN) größer als 3 stieg um etwa 11 %, das Porenvolumen mit einem Rachenradius größer als 6 μm nahm um mehr als 16,5 % zu und die Trends der simulierten und gemessenen Permeabilität stimmten überein, mit einer jährlichen Zunahme von über 90 %. Gleichzeitig zeigten mechanische Tests, dass die Druckfestigkeit der Gesteinsproben um 19,6 % sank, der Elastizitätsmodul um 13,2 % abnahm und das Poisson-Verhältnis um 8,7 % zunahm. SEM-Beobachtungen bestätigten, dass diese mechanische Schwächung effektiv ein sekundäres Rissnetzwerk induzieren kann. Die Studie zeigt, dass SC-CO₂ dank seiner molekularen Diffusionsfähigkeit auf Nanometerskala und seiner Null-Oberflächenspannung effektiv in Mikro- und Nanoporen eindringen, mit im Porenraum gebundenem Wasser Kohlensäure bilden und durch Wasser-Gesteins-Reaktionen den inneren Bereich des Reservoirs tiefgehend auflösen kann, wodurch die Einschränkungen herkömmlicher Säuren, die Mikro- und Nanoporen schwer erreichen, überwunden werden. Diese Methode bietet eine neue theoretische Grundlage und technischen Weg für die wirtschaftlich effiziente Entwicklung tief liegender vulkanischer Reservoirs mit ultraniedriger Permeabilität sowie für die synergistische CO₂-Verlagerung und Permeabilitätsverbesserung in CCUS-Technologien.

überkritisches CO₂;Vulkanreservoir;ultraniedrige Permeabilität;Wasser-Gesteins-Reaktion;Auflösungseffekt;Reservorumgestaltung