综述：碳酸水注入作为一种新兴的混合强化采油技术：综述

《Geoenergy Science and Engineering》：Carbonated water injection as an emerging hybrid enhanced oil recovery technique: A review

CO2驱油技术（CWI）通过碳ated水注入实现原油采收率提升，其机制包括原油膨胀、粘度降低、界面张力（IFT）减小、润湿性转变及矿物溶解等。该技术结合常规CO2驱与水驱优势，提高驱替效率并降低气体泄漏风险，但面临CO2捕集运输成本高、储层损伤及长期封存不确定性等挑战，需通过多机理耦合优化和储层参数敏感性分析推进规模化应用。

　　

陈凯|耿文宇|张静茹|刘冰|郭龙祺|张毅|宋永辰|赵月超

教育部海洋能源利用与节能重点实验室，大连理工大学能源与动力工程学院，中国大连116024

引言

通常，CO₂-EOR（二氧化碳增强采油）可以将石油采收率（RF）提高8–15%，每生产一立方米石油通常需要注入约2.4–3吨CO₂（Hill等人，2020年）。然而，CO₂与储层流体（石油和水）之间的密度和粘度差异往往会导致气体重力分离、粘性指进以及过早突破（Fang等人，2024年）。在过去的几十年中，研究人员根据储层的具体特征开发了一系列CO₂注入策略。这些技术包括CO₂泡沫 flooding、CO₂微泡注入、连续/循环CO₂注入、水-气交替（WAG）注入和碳酸水注入（CWI）。除了这些基于CO₂的方法外，最近还研究了其他碳载体，如甲酸盐水溶液，以探索其在提高采收率和碳储存方面的潜力（Mirzaei-Paiaman等人，2024年；Mirzaei-Paiaman和Okuno，2025年）。

CWI的主要应用之一是提高石油和天然气的采收率（Esene等人，2020年；Marotto和Pires，2019年；Omar等人，2021年）。近年来，CWI作为新兴的CO₂地质封存技术，受到了碳捕获、利用和储存（CCUS）领域越来越多的关注。通过结合传统CO₂注入和水驱（WF）的优势，CWI提高了宏观驱替效率和微观扫过效率，从而实现了更高的RF和更低的气体泄漏风险。这些优势促使人们将其与其他EOR技术结合使用，在实验室研究中取得了有希望的结果（Ghosh等人，2022年；Jia，2019年；Li等人，2024年；Nowrouzi等人，2020b年；Soleimani等人，2021年）。

CWI是一种先进的CO₂辅助水驱技术，是一种有前景的增强采油（EOR）方法。CWI结合了传统CO₂ flooding和水驱的优势，通过耦合的物理和化学机制提高了储层采收率（Ma和Zhang，2024b年）。该技术包括首先在地面将CO₂溶解到水相中，然后使用高压泵将碳酸水（CW）注入储层（Xu等人，2020年）。由于CWI同时具有EOR效益和CO₂储存功能，影响其性能的关键因素是基础流体的CO₂携带能力和保持能力，以及CO₂在油水界面的传质过程，这两个因素直接决定了石油采收效率和CO₂封存潜力（Foroozesh等人，2016年；Foroozesh和Jamiolahmady，2018年；Liu等人，2025b年）。通常，CO₂的分子扩散和对流传质受到多种储层参数的影响，如压力、温度、pH值、原油组成、盐度和离子含量（Grogan和Pinczewski，1987年；Liu等人，2021年）。在典型的储层条件下，地层温度和压力随深度增加而升高（Li等人，2015年）。在CWI过程中，CW与储层石油接触，促进了CO₂从水相向油相的单向扩散（Li等人，2020年；Wei等人，2024年）。溶解的CO₂使原油膨胀，降低了油的粘度和界面张力（IFT），并提高了油的流动性及相对渗透率，最终降低了残余油饱和度。此外，水岩相互作用使润湿性向更亲水的状态转变，进一步提高了石油采收率。

表1提供了关于CWI的最新综述文章的时间顺序概述和关键评估。该表格概述了这些文章的研究范围，涵盖了EOR机制、影响采收性能的因素以及模拟方法，从而使读者能够简洁地了解早期研究中采用的方法的优势和局限性。

本综述综合了当前关于CWI机制、敏感性参数和协同方法的知识，为未来的研究建立了更新的参考框架。它通过系统地将孔隙尺度机制、数值建模和现场应用整合到一个统一的框架中，填补了文献中的一个关键空白。鉴于提高碳氢化合物采收率和实现全球CO₂减排目标的双重挑战，这种整合尤为重要和必要。通过汇编分散的实验数据集、机理解释和现场证据，本综述为未来的研究方向提供了基准参考，并为CWI的试点规模实施提供了信息。

图1展示了本研究的技术工作流程。第1节介绍了CWI的背景和技术基础。第2节回顾了CWI提高石油采收率的机制，分析了相关过程并将其与其它EOR方法进行了比较。第3节深入探讨了两种CWI变体，强调了影响采收性能的敏感性参数，并为工程应用提供了指导。第4节讨论了当前的技术挑战并概述了未来的研究需求。最后，第5节总结了主要发现并强调了CWI技术的更广泛影响。

部分摘录

利用CWI提高石油采收率的提议机制

本节总结了目前提出的CWI EOR机制及其影响因素。图2展示了CWI机制概念理解的历史演变。在实际储层条件下，CWI提高采收率的潜在机制主要包括原油膨胀和粘度降低、原位气相形成、CO₂析出、IFT降低、润湿性改变和矿物溶解。如图3所示，这些机制是

碳酸水注入技术

根据注入方法和技术特性，CWI技术可以大致分为两类：独立注入和辅助注入，每种方法都有其独特的优势和适用场景，如图12所示。本节将详细介绍这两种注入方法，探讨其原理、应用和最新的研究进展。

未来展望

为了推进CWI的大规模现场部署和实际应用，提出了几个未来的研究方向和技术创新：

●

技术挑战和研究重点

尽管CWI显示出巨大潜力，但其大规模应用仍面临挑战，包括高成本的CO₂捕获和运输、井筒腐蚀、由沥青质沉淀和矿物结垢引起的储层损伤，以及长期CO₂保持的不确定性。

结论

主要结论如下：

●

CWI通过协同机制提高石油采收率，包括原油膨胀、粘度降低、IFT降低、润湿性改变、矿物溶解和气相形成。其中，IFT降低和减压诱导的CO₂析出在 mobilizing 残余石油和提高扫过效率方面起着特别重要的作用。

●

减压诱导的CO₂析出和局部新气相形成

CRediT作者贡献声明

张毅：监督、资金获取。宋永辰：监督、资金获取。赵月超：项目管理、资金获取。陈凯：撰写——初稿、方法论、概念化。刘冰：撰写——审阅与编辑、验证。郭龙祺：撰写——审阅与编辑。耿文宇：可视化、形式分析。张静茹：软件、数据管理

未引用的参考文献

< />

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了中国国家重点研发计划（项目编号2023YFB4104200）、辽宁省应用基础研究项目（项目编号2023JH2/101300005）和中国国家自然科学基金（项目编号51976024、52076030）的支持。