综述：CO2响应凝胶在提高原油采收率和碳封存中的应用与设计全面评述

本综述系统探讨了CO2响应凝胶在碳捕集利用与封存（CCUS）和CO2驱油提高采收率（CO2-EOR）中的创新应用。这类智能材料通过CO2触发可逆响应，有效封堵高渗通道，改善驱油效率，提升碳封存安全性，为油田可持续开发提供新策略。

　　

引言

在全球碳中和目标推动下，二氧化碳驱油提高采收率（CO₂-EOR）技术因其兼具提升原油采收率和实现碳封存（CS）的双重优势而备受关注。然而，CO₂注入过程中存在气窜、注入性差等问题，严重制约了驱油效率和封存安全性。传统凝胶材料如交联聚丙烯酰胺凝胶，虽能封堵高渗通道，但缺乏酸稳定性和可逆响应能力，难以适应复杂储层环境。近年来，CO₂响应凝胶作为智能材料，通过CO₂触发发生结构转变（如溶胀、凝胶化或相变），实现了对CO₂迁移路径的智能调控，为CO₂-EOR和碳捕集利用与封存（CCUS）提供了创新解决方案。

CO₂响应凝胶的设计原理与功能机制

CO₂响应凝胶通常通过将CO₂敏感功能基团（如胺基）引入聚合物网络构建而成。这些凝胶在CO₂暴露下发生可逆的质子化或去质子化反应，导致网络结构变化，从而实现黏度、体积或渗透性的调控。例如，含胺单体与丙烯酰胺共聚后形成的凝胶，在CO₂触发下可发生交联密度变化，进而调节封堵性能。这种“以CO₂控制CO₂”的策略，无需额外化学试剂，兼具环境友好和工程适应性。

地下CO₂流动行为与控制机制

储层非均质性、裂缝网络和CO₂低黏度是导致气窜的主要原因。CO₂响应凝胶通过智能响应机制，优先封堵高渗通道，迫使CO₂转向低渗区域，提高波及效率。微观上，凝胶的孔结构在CO₂触发下发生收缩或密实化（如扫描电镜SEM观察所示），增强封堵强度；宏观上，通过调节凝胶的流变性和注入性，实现与储层环境的兼容。

性能表征与储层适应性

微观结构分析（如SEM）显示，CO₂响应凝胶在触发后网络密度显著增加，封堵能力增强。流变学测试证实其在高温度高盐度（HTHS）条件下仍保持稳定性。在低渗或裂缝性储层中，凝胶表现出低初始黏度（类水性质），易于注入，随后在CO₂触发下形成高强度封堵体，适应复杂地质条件。

挑战与前景

尽管CO₂响应凝胶展现出巨大潜力，但仍面临反应选择性、时效性、封堵精度及循环使用策略等方面的挑战。未来研究需聚焦于分子设计优化、多尺度性能关联及现场试验验证，以推动其大规模应用。

结论

CO₂响应凝胶作为智能材料，通过分子设计与工程应用的结合，为CO₂-EOR和CCUS提供了高效、可持续的解决方案。其可逆响应特性、优良的储层适应性及封堵效能，标志着油田开发向智能化、绿色化迈进的重要一步。